CYCLE DU CARBONE: CARACTÉRISTIQUES, ÉTAPES, IMPORTANCE - ENVIRONNEMENT - 2025

Le cycle du carbone est le processus de circulation de cet élément chimique dans l'air, l'eau, le sol et les êtres vivants. Il s'agit d'un cycle biogéochimique de type gazeux et la forme de carbone la plus abondante dans l'atmosphère est le dioxyde de carbone (CO2).

Les plus grandes réserves de carbone se trouvent dans les océans, les combustibles fossiles, la matière organique et les roches sédimentaires. De même, il est essentiel dans la structure corporelle des organismes vivants et entre dans les chaînes trophiques sous forme de CO2 par la photosynthèse.

Les photosynthétiseurs (plantes, phytoplancton et cyanobactéries) absorbent le carbone du CO2 atmosphérique, puis les herbivores le prennent à ces organismes. Ceux-ci sont consommés par les carnivores et finalement tous les organismes morts sont traités par des décomposeurs.

En plus de l'atmosphère et des êtres vivants, le carbone se trouve dans le sol (édaphosphère) et dans l'eau (hydrosphère). Dans les océans, le phytoplancton, les macroalgues et les angiospermes aquatiques prélèvent le CO2 dissous dans l'eau pour réaliser la photosynthèse.

Illustration du cycle du carbone

Le CO2 est réintégré dans l'atmosphère ou dans l'eau par la respiration des êtres vivants terrestres et aquatiques respectivement. Une fois les êtres vivants morts, le carbone est réintégré dans l'environnement physique sous forme de CO2 ou dans le cadre de roches sédimentaires, de charbon ou de pétrole.

Le cycle du carbone est très important car il remplit différentes fonctions comme faire partie des êtres vivants, aider à réguler la température planétaire et l'acidité de l'eau. De même, il contribue aux processus érosifs des roches sédimentaires et sert de source d'énergie à l'être humain.

caractéristiques

Carbone

Cet élément se classe sixième en abondance dans l'Univers et sa structure lui permet de former des liaisons avec d'autres éléments tels que l'oxygène et l'hydrogène. Il est formé de quatre électrons (tétravalents) qui forment des liaisons chimiques covalentes capables de constituer des polymères aux formes structurales complexes.

L'atmosphère

Le carbone se trouve dans l'atmosphère principalement sous forme de dioxyde de carbone (CO2) dans une proportion de 0,04% de la composition de l'air. Bien que la concentration de carbone atmosphérique ait considérablement varié au cours des 170 dernières années en raison du développement industriel humain.

Avant la période industrielle, la concentration variait de 180 à 280 ppm (parties par million) et dépasse aujourd'hui les 400 ppm. De plus, il y a du méthane (CH4) dans une proportion beaucoup plus faible et du monoxyde de carbone (CO) en petites traces.

CO2 et méthane (CH4)

Ces gaz carbonés ont la propriété d'absorber et de rayonner de l'énergie à ondes longues (chaleur). Pour cette raison, sa présence dans l'atmosphère régule la température planétaire, en empêchant la fuite dans l'espace de la chaleur rayonnée par la Terre.

De ces deux gaz, le méthane capte plus de chaleur, mais le CO2 joue le rôle le plus déterminant en raison de son abondance relative.

Le monde biologique

La majeure partie de la structure des organismes vivants est constituée de carbone, essentiel à la formation de protéines, de glucides, de graisses et de vitamines.

La lithosphère

Le carbone fait partie de la matière organique et de l'air du sol, il se trouve également sous forme élémentaire comme le carbone, le graphite et le diamant. De la même manière, c'est une partie fondamentale des hydrocarbures (pétrole, bitumes) présents dans les gisements profonds.

Formation de carbone

À mesure que la végétation meurt dans les bassins lacustres, les marécages ou les mers peu profondes, les débris végétaux s'accumulent en couches recouvertes d'eau. Un lent processus de décomposition anaérobie provoqué par des bactéries est alors généré.

Les sédiments recouvrent les couches de matière organique en décomposition qui subit un processus progressif d'enrichissement en carbone sur des millions d'années. Celui-ci passe par un étage de tourbe (50% de carbone), de lignite (55-75%), de charbon (75-90%) et enfin d'anthracite (90% ou plus).

Formation d'huile

Il commence par une lente décomposition aérobie, puis il y a une phase anaérobie, constituée de restes de plancton, d'animaux et de plantes marines ou lacustres. Cette matière organique a été enfouie par des couches sédimentaires et soumise à des températures et pressions élevées à l'intérieur de la Terre.

Cependant, étant donné sa densité plus faible, le pétrole monte à travers les pores des roches sédimentaires. Finalement, il se retrouve piégé dans des zones imperméables ou forme des affleurements bitumineux peu profonds.

L'hydrosphère

L'hydrosphère entretient un échange gazeux avec l'atmosphère, en particulier l'oxygène et le carbone sous forme de CO2 (soluble dans l'eau). Le carbone se trouve dans l'eau, en particulier dans les océans, principalement sous forme d'ions bicarbonate.

Les ions bicarbonate jouent un rôle important dans la régulation du pH du milieu marin. D'autre part, sur le fond marin, de grandes quantités de méthane sont piégées sous forme d'hydrates de méthane.

Pluie acide

Le carbone pénètre également entre le milieu gazeux et le liquide, lorsque le CO2 réagit avec la vapeur d'eau atmosphérique et forme du H2CO3. Cet acide précipite avec l'eau de pluie et acidifie les sols et les eaux.

Étapes du cycle du carbone

La capture et le stockage du carbone. Source: Carbon_sequestration-2009-10-07.svg: * LeJean Hardin et Jamie Paynederivative work: Jarl Arntzen (talk) travail dérivé: Ortisa / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Comme tout cycle biogéochimique, le cycle du carbone est un processus complexe constitué d'un réseau de relations. Leur séparation en étapes définies n'est qu'un moyen pour leur analyse et leur compréhension.

- Stade géologique

billets

Les apports de carbone à ce stade proviennent dans une moindre mesure de l'atmosphère, par les pluies acides et l'air filtré vers le sol. Cependant, le principal intrant est l'apport des organismes vivants, à la fois par leurs excréments et par leur corps lorsqu'ils meurent.

Stockage et circulation

À ce stade, le carbone est stocké et se déplace dans les couches profondes de la lithosphère telles que le charbon, le pétrole, le gaz, le graphite et les diamants. Il fait également partie des roches carbonatées, emprisonnées dans le pergélisol (couche de sol gelée aux latitudes polaires) et se dissout dans l'eau et l'air des pores du sol.

Dans la dynamique de la tectonique des plaques, le carbone atteint également les couches plus profondes du manteau et fait partie du magma.

départs

L'action de la pluie sur les roches calcaires les érode et le calcium est libéré avec d'autres éléments. Le calcium issu de l'érosion de ces roches carbonatées est emporté dans les rivières et de là vers les océans.

De même, le CO ₂ est libéré lorsque le pergélisol dégèle ou en labourant excessivement le sol. Cependant, la production principale est tirée par l'homme en extrayant du charbon, du pétrole et du gaz de la lithosphère, pour les brûler comme combustible.

L'activité humaine, basée sur la consommation d'hydrocarbures, libère du carbone dans l'atmosphère

- Stade hydrologique

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Lorsque le CO ₂ atmosphérique entre en contact avec la surface de l'eau, il se dissout en formant de l'acide carbonique et du méthane du fond marin entre dans la lithosphère, comme cela a été détecté dans l'Arctique. De plus, les ions HCO ₃ pénètrent dans les rivières et les océans en raison de l'érosion des roches carbonatées dans la lithosphère et du lavage des sols.

Lorsqu'il pleut, l'eau transporte du carbone sous forme de dioxyde de carbone de l'atmosphère et des roches. En atteignant l'océan, les coraux, le plancton et d'autres animaux aquatiques l'utilisent pour grandir. Ces êtres vivants - coraux, plancton et animaux aquatiques - meurent et pénètrent le carbone dans le sol

Stockage et circulation

Le CO2 se dissout dans l'eau formant de l'acide carbonique (H2CO3), dissolvant le carbonate de calcium des coquilles, formant du carbonate d'acide de calcium (Ca (HCO3) 2). Par conséquent, le carbone se trouve et circule dans l'eau principalement sous forme de CO2, H2CO3 et Ca (HCO3) 2.

D'autre part, les organismes marins entretiennent un échange constant de carbone avec leur milieu aquatique via la photosynthèse et la respiration. De plus, de grandes réserves de carbone se présentent sous forme d'hydrates de méthane sur le fond marin, gelées par les basses températures et les hautes pressions.

départs

L'océan échange des gaz avec l'atmosphère, notamment du CO2 et du méthane, et une partie de ce dernier est rejetée dans l'atmosphère. Récemment, une augmentation des fuites de méthane océanique a été détectée à des profondeurs inférieures à 400 m, par exemple au large de la Norvège.

L'augmentation de la température globale chauffe l'eau à des profondeurs ne dépassant pas 400 m et libère ces hydrates de méthane. Un processus similaire s'est produit au Pléistocène, libérant de grandes quantités de méthane, réchauffant davantage la Terre et provoquant la fin de la période glaciaire.

- Stade atmosphérique

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Le carbone entre dans l'atmosphère par la respiration des êtres vivants et par l'activité méthanogène bactérienne. De même, par les incendies de végétation (biosphère), les échanges avec l'hydrosphère, la combustion de combustibles fossiles, l'activité volcanique et le rejet du sol (géologique).

Libération de carbone géologique dans l'atmosphère par un volcan en éruption. Auteur: Ciencia1.com

Stockage et circulation

Dans l'atmosphère, le carbone est principalement sous forme gazeuse comme le CO2, le méthane (CH4) et le monoxyde de carbone (CO). De même, vous pouvez trouver des particules de carbone en suspension dans l'air.

départs

Les principales émissions de carbone de la phase atmosphérique sont le CO2 qui se dissout dans l'eau de l'océan et celui utilisé dans la photosynthèse.

- Stade biologique

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Le carbone entre au stade biologique sous forme de CO2 grâce au processus de photosynthèse réalisé par les plantes et les bactéries photosynthétiques. De même, les ions Ca2 + et HCO3- qui atteignent la mer par érosion et sont utilisés par divers organismes dans la fabrication de coquillages.

Les plantes et les micro-organismes absorbent le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le convertissent en oxygène et en énergie par photosynthèse

Stockage et circulation

Chaque cellule et donc le corps des êtres vivants sont constitués d'une forte proportion de carbone, constituant des protéines, des glucides et des graisses. Ce carbone organique circule dans la biosphère à travers les réseaux trophiques des producteurs primaires.

Les angiospermes, les fougères, les hépatiques, les mousses, les algues et les cyanobactéries l'incorporent par photosynthèse. Ensuite, ces organismes sont consommés par les herbivores, qui serviront de nourriture aux carnivores.

Les animaux herbivores consomment des plantes et libèrent du dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Lorsque ces animaux meurent, ils réintègrent le carbone dans le sol. La même chose se produit avec le corail et le plancton au fond de l'océan

départs

La principale fuite de carbone de cette étape vers d'autres du cycle du carbone est la mort d'êtres vivants qui le réintègre dans le sol, l'eau et l'atmosphère. Les incendies de forêt qui produisent de grandes quantités de CO2 constituent une forme massive et drastique de mort et de rejet de carbone.

D'autre part, la source la plus importante de méthane dans l'atmosphère est les gaz expulsés par le bétail dans ses processus digestifs. De même, l'activité des bactéries anaérobies méthanogènes décomposant la matière organique dans les marais et les rizières est une source de méthane.

Importance

Le cycle du carbone est important en raison des fonctions pertinentes que cet élément remplit sur la planète Terre. Sa circulation équilibrée permet de réguler toutes ces fonctions pertinentes pour le maintien des conditions planétaires en fonction de la vie.

Chez les êtres vivants

Le carbone est le principal élément de la structure des cellules car il fait partie des glucides, des protéines et des graisses. Cet élément est à la base de toute la chimie de la vie, de l'ADN aux membranes cellulaires et aux organites, tissus et organes.

La régulation de la température terrestre

Le CO2 est le principal gaz à effet de serre, ce qui permet de maintenir une température adaptée à la vie sur Terre. Sans les gaz atmosphériques tels que le CO2, la vapeur d'eau et autres, la chaleur émise par la Terre s'échapperait complètement dans l'espace et la planète serait une masse gelée.

Réchauffement global

En revanche, un excès de CO2 émis dans l'atmosphère, tel que celui actuellement causé par l'homme, rompt l'équilibre naturel. Cela provoque une surchauffe de la planète, ce qui modifie le climat mondial et affecte négativement la biodiversité.

Régulation du pH océanique

Le CO2 et le méthane dissous dans l'eau font partie du mécanisme complexe de régulation du pH de l'eau dans les océans. Plus la teneur en ces gaz est élevée dans l'eau, plus le pH devient plus acide, ce qui est négatif pour la vie aquatique.

Source d'énergie

Le charbon est un élément essentiel des combustibles fossiles, à la fois le charbon minéral, le pétrole et le gaz naturel. Bien que son utilisation soit remise en question en raison des effets environnementaux négatifs qu'elle produit, tels que la surchauffe globale et la libération de métaux lourds.

Valeur économique

Le charbon est un minéral qui génère des sources de travail et des profits économiques pour son utilisation comme combustible et le développement économique de l'Humanité est basé sur l'utilisation de cette matière première. En revanche, sous sa forme cristallisée de diamant, beaucoup plus rare, il présente une grande valeur économique pour son utilisation comme pierre précieuse.

Références

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