CYCLE DU PHOSPHORE: CARACTÉRISTIQUES, ÉTAPES, ALTÉRATIONS, IMPORTANCE - LA BIOLOGIE - 2025

Le cycle du phosphore est le stockage et la circulation de cet élément à travers l'hydrosphère, la lithosphère, les organismes vivants et l'atmosphère. Il s'agit d'un cycle biogéochimique de type sédimentaire dont la phase de stockage se déroule principalement sur le fond marin.

Le cycle commence par l'exposition des roches phosphatées à l'action érosive de l'eau, du vent et des organismes vivants. Lorsque la roche s'use, elle se fragmente et transporte les particules qui transportent les phosphates, qui sont incorporées dans le sol ou entraînées dans les plans d'eau.

Cycle complet du phosphore. Source: travail de BonniemfIncorporates par NASA Earth Science Enterprise / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Le phosphore absorbé sous forme de phosphates par les plantes à travers leurs racines est intégré dans votre corps et utilisé dans le métabolisme. Ainsi, il passe du stade géologique du cycle à la phase biologique où il circule à travers les réseaux trophiques ou alimentaires.

Cette étape commence lorsque les animaux herbivores consomment des plantes et en tirent du phosphore. Cet élément passe ensuite aux carnivores qui se nourrissent des herbivores et retourne au sol par les excréments ou lorsque les organismes meurent et se décomposent.

D'autre part, le phosphore sous forme de phosphates est aspiré dans les lacs et les océans, passant à son stade hydrologique. De plus, les phosphates dissous dans l'eau passent au stade biologique lorsqu'ils sont absorbés par le phytoplancton et pénètrent dans les réseaux trophiques marins.

Par la suite, le phosphore est libéré par les excréments ou la décomposition des êtres vivants et est à nouveau intégré au stade hydrologique. Dans cette phase, il peut circuler avec les courants océaniques ou se déposer sur les sédiments du fond océanique.

Lorsque le phosphore atteint le fond marin, les couches sédimentaires s'accumulent et les couches inférieures finissent par être enfouies à de grandes profondeurs. Ici, des pressions et des températures élevées sont produites qui forment une nouvelle roche riche en phosphore qui sera à nouveau exposée pour continuer le cycle.

Ce cycle peut être modifié par l'activité humaine en raison de l'incorporation de quantités supplémentaires de phosphore polluant l'environnement qui causent l'eutrophisation.

caractéristiques

Le match

Il s'agit d'un élément chimique non métallique représenté par le symbole P et qui n'est pas de nature pure car il s'oxyde rapidement. Lorsque ce processus se produit, il libère de l'énergie thermique et produit de la lumière, c'est pourquoi on lui a donné le nom de phosphore («porteur de lumière» en grec).

Dans la nature, il se trouve sous la forme de molécules de phosphore inorganiques ou dans le cadre d'organismes vivants.

Votre cycle

Le cycle du phosphore est un cycle biogéochimique sédimentaire étroitement lié au cycle de l'eau, du carbone, du calcium, du fer et de l'aluminium. On l'appelle sédimentaire car la plupart de ses réserves se trouvent dans les sédiments marins et dans les roches phosphatées de la croûte terrestre.

Exposition

Les roches phosphatées qui se forment dans les profondeurs de la Terre sont transportées à la surface de la Terre par les mouvements des plaques tectoniques. Lorsque cela se produit, ils sont exposés à l'action d'agents physiques tels que la pluie et le vent, ainsi qu'à des agents biologiques.

Roche phosphatée. Source: David Stanley de Nanaimo, Canada / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Une autre façon de libérer le phosphore de son stockage souterrain est l'activité volcanique, également causée par les mouvements tectoniques.

Érosion

Lorsque les roches phosphatées sont exposées à l'environnement extérieur à la surface de la terre, le processus d'érosion se produit. Ainsi, la roche est fissurée et fragmentée par les différences de température, de pluie, de vent et de l'action des êtres vivants, et le phosphore devient une partie du sol ou se déplace vers d'autres endroits.

Transport

Le principal agent érosif est l'eau, qui transfère le phosphore vers d'autres points de la lithosphère et enfin vers les océans.

Absorption et libération biologiques

La plupart du phosphore dans le sol est sous une forme insoluble et ne peut donc pas être utilisé par les plantes. Ce luminophore adhère aux particules d'argile, aux hydroxydes de fer et d'aluminium ou sous forme de phosphate de calcium, ferrique ou autre.

Ainsi, dans un hectare de sol, il peut y avoir entre 2 et 10 tonnes de phosphore, mais les plantes ne peuvent utiliser que 3 à 15 kg. Le phosphore soluble est absorbé par les racines et passe dans le corps de la plante où il est utilisé dans divers processus métaboliques.

Le phosphore est intégré dans la structure des plantes, formant des protéines, de l'ATP, de l'ADN et d'autres molécules. De même, lorsqu'il se dissout dans l'eau de mer, il est absorbé par le phytoplancton des océans.

Le phosphore fait partie des chaînes trophiques lorsque les plantes et le phytoplancton sont consommés par les herbivores et ceux-ci par les carnivores. Plus tard, il est libéré des organismes vivants soit par leurs excréments soit lorsqu'ils meurent.

Sédimentation et accumulation

Le phosphore des océans se dépose sur le fond marin, devenant une partie des sédiments qui seront déposés par couches successives.

Lithification et stockage

Les roches se forment lorsque les sédiments des parties les plus profondes de la croûte terrestre sont soumis à des pressions et des températures élevées (lithification). Cela se produit parce que le poids des sédiments supérieurs entraîne la compaction des sédiments inférieurs.

Les particules qui composent les roches sont maintenues ensemble grâce à la cristallisation des oxydes, de la silice et d'autres substances, un processus appelé cémentation. De cette manière, les roches dites sédimentaires se forment, parmi lesquelles le phosphorite, qui contient jusqu'à 20-30% de phosphates.

Si les roches sédimentaires sont soumises à des processus de température et de pression plus élevées, elles se dissolvent et font partie des roches métamorphiques et ignées (18%). Il y a aussi des phosphates dans les roches calcaires jusqu'à 0,18% et même dans les roches gréseuses jusqu'à 0,27%.

Temps d'un cycle

La vitesse à laquelle une molécule de phosphore achève le cycle dépend du type de réservoir considéré. Par exemple, dans les eaux côtières, une molécule de phosphore peut être mobilisée tous les 9 mois et dans les sédiments marins profonds cela peut prendre plus de 11 000 ans.

Étapes du cycle du phosphore

Le recyclage le plus important du phosphore se produit entre les organismes vivants et l'eau ou le sol selon le type d'écosystème. Il passe par trois étapes, qui sont:

- Géologique

Les réserves de phosphore les plus importantes à ce stade du cycle se trouvent dans les sédiments marins et le sol. Il est également présent dans les roches phosphatées du sous-sol et dans les excréments d'oiseaux marins (guano).

Les roches phosphatées sont formées à partir de sédiments marins, qui sont des roches sédimentaires contenant jusqu'à 30% de phosphates. Lorsqu'ils s'érodent, les phosphates font partie du sol.

De même, l'érosion des sols et des roches entraîne les phosphates dans les plans d'eau et finit par atteindre l'océan où ils sont absorbés par les organismes marins. D'autre part, une proportion relativement faible de phosphates dans le sol se dissout dans l'eau et est absorbée par les plantes.

- Hydrologique

L'étape hydrologique du cycle du phosphore entretient un échange permanent avec le continent et avec les organismes qui peuplent le monde aquatique. La plus grande quantité de phosphore se trouve dans les eaux profondes de l'océan sous forme de phosphate dissous.

Le phosphore présent dans les eaux de surface est absorbé par les organismes vivants et fait donc partie du stade biologique.

billets

On estime qu'environ 10 millions de tonnes de phosphore pénètrent dans les plans d'eau chaque année. Il entre dans le stade hydrologique entraîné par les courants d'eau, principalement par le ruissellement des eaux de pluie.

De cette façon, il atteint les rivières et de là vers les lacs et les océans, ainsi qu'un petit pourcentage de poussière atmosphérique qui se dépose dans les océans ou autres plans d'eau.

Circulation

Le phosphore circule dans les océans, en particulier dans les couches inférieures les plus froides, mais dans les zones de remontée d'eau, il atteint la surface. Les remontées d'eau sont des zones où les eaux froides et profondes montent, transportant des phosphates et d'autres nutriments.

Dans ces zones, la disponibilité des phosphates est abondante, ce qui favorise le développement du phytoplancton qui attire un grand nombre de poissons qui s'en nourrissent.

départs

Le phosphore ne formant pas de composés volatils (gaz) dans l'océan, il ne peut pas être échangé directement avec l'atmosphère. Par conséquent, les seules issues de l'étape hydrologique sont la formation rocheuse ou la pêche (par les oiseaux de mer ou l'action humaine).

Dans le premier cas, le phosphore dissous dans la mer ou à partir d'excréments ou de cadavres d'êtres vivants, se dépose sur le fond marin. Au fil du temps, ces sédiments sont recouverts par d'autres couches et se consolident sous forme de roches phosphatées qui seront ensuite exposées à la surface de la terre.

De leur côté, les oiseaux de mer consomment du poisson et transportent le phosphore vers la terre par leurs excréments (guano) ou en mourant. Alors que l'être humain extrait de grandes quantités de phosphore des océans grâce à la pêche puisque les os de poisson sont composés à 35% de cet élément.

- Biologique

Une fois que le phosphore entre dans les chaînes trophiques ou les chaînes alimentaires, il fait partie de l'étape biologique du cycle du phosphore. Cela commence lorsque les phosphates absorbés par les plantes ou par le phytoplancton, forment des protéines et d'autres molécules vitales.

Le phosphore circule alors lorsque les plantes et le phytoplancton sont consommés par les herbivores et ceux-ci par les carnivores. Il se déplace ensuite dans les excréments et par la décomposition des corps d'organismes morts par des bactéries et des champignons.

Bien que la quantité de phosphore au stade biologique soit relativement faible, elle joue un rôle fondamental. Ainsi, environ 80% du phosphore total dans le corps d'un être vivant est constitué d'hydroxyapatite (Ca5 (PO4) 3 OH).

Ce minéral constitue environ 70% des os des vertébrés et l'émail dentaire est également constitué d'une forte proportion de ce minéral phosphate.

départs

A partir de ce stade, le phosphore poursuit son cycle vers les stades hydrologique et géologique, par la mort d'organismes ou de leurs excréments. De même, les êtres humains interviennent dans le cycle du phosphore, en l'extrayant de la terre et de la mer pour l'utiliser comme matière première industrielle ou comme engrais.

Guano

Les excréments d'oiseaux marins, appelés guano, qui contiennent environ 4% de phosphates, constituent une source importante de phosphore au stade biologique.

Accumulation de guano. Source: Alex Proimos de Sydney, Australie / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Les oiseaux de mer qui se nourrissent de poisson forment de grandes colonies côtières et leurs excréments s'accumulent en quantités énormes dans leurs habitats. Ces excréments sont particulièrement riches en phosphates et ont été utilisés par l'homme comme engrais.

Modifications

L'altération fondamentale du cycle du phosphore est son accélération due à l'activité humaine. Les phosphates sont l'un des principaux polluants des eaux usées, provoquant des altérations du cycle du phosphore en incorporant des quantités supplémentaires dans les écosystèmes.

Eutrophisation

Les phosphates sont incorporés dans les eaux usées en raison de l'utilisation de détergents qui incorporent du phosphate trisodique. Ces composés, associés à l'eau, forment des phosphates assimilables par les êtres vivants.

Eutrophisation. Source: F. lamiot (travail personnel) / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

Au fur et à mesure que de grandes quantités de ces phosphates assimilables entrent, les populations d'algues et de plantes aquatiques augmentent considérablement. Ce déséquilibre écologique finit par consommer l'oxygène dissous dans l'eau, provoquant la mort de poissons et d'autres organismes.

La qualité d'eau

L'excès de phosphates dans l'eau affecte sa qualité pour la consommation humaine, réduisant ainsi les sources d'eau douce.

Importance

Essentiel pour la vie

Le phosphore est une partie centrale de l'ATP (adénosine triphosphate), qui est la molécule à travers laquelle l'énergie est stockée et transmise dans les cellules. D'autre part, l'ADN (acide désoxyribonucléique), qui est la molécule responsable de la transmission de l'information génétique, comprend un groupe phosphate.

Alimentation et santé

Le phosphore est un élément essentiel pour la santé, sachant qu'il est le deuxième en abondance dans l'organisme. C'est également un constituant fondamental des dents et des os, étroitement lié aux vitamines du complexe B.

De plus, il joue un rôle important dans le fonctionnement des reins, des muscles (y compris le cœur) et du système nerveux (signaux nerveux).

Matière première pour l'industrie

Dans l'industrie, les phosphates sont utilisés à des fins diverses, par exemple dans l'industrie alimentaire, ils sont utilisés comme agents anti-agglomérants et stabilisants. Le phosphore est un ingrédient clé dans la fabrication d'allumettes, de feux d'artifice et de signaux lumineux.

De même, il est utilisé dans la production d'alliages métalliques, d'huiles industrielles et comme phosphate trisodique, il est utilisé dans les détergents.

Les engrais

Le phosphore est un composant important des engrais et des engrais utilisés en agriculture, particulièrement utile pour induire la floraison des cultures. La production d'engrais est responsable d'environ 90% de la demande de phosphates.

Insecticides

Les phosphates organiques se présentent sous la forme d'esters d'acide phosphorique et ont dans la plupart des cas un effet neurotoxique, c'est pourquoi ils sont utilisés pour fabriquer des insecticides.

Références

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