Le carbone, toujours en mouvement

L’ubiquité du carbone sur Terre ainsi que ses propriétés chimiques uniques (voir notre article sur le carbone), notamment sa capacité à former des liaisons avec lui-même, en font un élément central, à la base de toute vie sur notre planète.

Illustration du cycle du carbone sur Terre

Schéma représentant le cycle du carbone et son cheminement entre terre, océans et atmosphère. (Illustration: Wikimedia commons, adaptée en français par la rédaction)

Lié à des atomes d’autres éléments tels que l’hydrogène, l’oxygène et l’azote, le carbone forme des composés qui représentent 18% de la masse de la matière vivante. Constituant des protéines, lipides et glucides des êtres vivants, ce carbone est dit organique. On trouve aussi du carbone inorganique, qui n’entre pas dans la composition des êtres vivants, notamment le dioxyde de carbone (C02) et le méthane (CH4), deux gaz à effet de serre. En plus de l’atmosphère et des êtres vivants, le carbone est également présent dans le sol et les océans. Le carbone circule constamment entre ces différents «réservoirs» grâce à des processus biochimiques ou géochimiques, c’est le cycle du carbone.

Les êtres vivants incorporent du carbone…

Algues marines microscopiques

Le phytoplancton (algues microscopiques) fixe du carbone et est à la base de la chaîne alimentaire marine. (Image: National Oceanic and Atmospheric Administration, domaine public)

Les plantes et les algues sont appelées des producteurs primaires, car ils sont capables de transformer le carbone atmosphérique ou dissous dans l’eau en carbone organique. Sous l’effet de la lumière du soleil, du C02 et de l’eau sont convertis en glucose, un sucre, et en oxygène. Ce procédé est appelé la photosynthèse. Les animaux et les êtres humains obtiennent leur carbone grâce à l’alimentation, soit en mangeant des végétaux, soit en mangeant des animaux qui ont eux-mêmes mangé des végétaux. La digestion des aliments permet d’obtenir des molécules carbonées simples, qui entrent ensuite dans la fabrication des tissus vivants.

 

… et en libèrent dans l’environnement

La digestion permet aussi d’obtenir du glucose, qui est un «carburant» essentiel pour les cellules. Les composés du carbone contiennent de l’énergie, qui est stockée dans les liaisons chimiques. Quand ces dernières sont rompues, l’énergie est libérée, pouvant ainsi être réutilisée ailleurs. Dans les cellules, le glucose subit pas à pas l’équivalent d’une combustion complète, appelée respiration cellulaire, résultant en eau et dioxyde de carbone. L’énergie libérée est utilisée pour former de l’ATP, qui joue le rôle de transporteur d’énergie dans la cellule. Le dioxyde de carbone, lui est libéré dans l’atmosphère ou dans l’eau selon le milieu dans lequel vit l’être vivant.

Les molécules dont les animaux n’ont plus besoin ou qu’ils sont incapables d’utiliser sont éliminées (urines, selles). Ces molécules ainsi que les organismes morts, végétaux ou animaux, sont dégradés par des décomposeurs (bactéries, champignons) qui vivent dans le sol ou les sédiments au fond de l’eau. La décomposition ou la fermentation effectuée par ces décomposeurs libère du carbone sous forme de méthane ou de gaz carbonique. En outre, du gaz carbonique est également relâché dans l’atmosphère quand le bois des forêts brûle.

Du carbone prisonnier des roches?

Un fossile de crustacé dans une roche sédimentaire calcaire

Un fossile de crustacé dans une roche sédimentaire calcaire, à Solnhofen en Allemagne (Image: Didier Descouens/Wikimedia commons)

Comme les forêts, les océans sont considérés comme des puits de carbone, car ils captent une grande partie du carbone atmosphérique. Le C02 se dissout dans l’eau de mer, et une partie de ce gaz carbonique réagit avec l’eau pour donner du carbonate de calcium. Ce dernier est incorporé aux coquilles des mollusques marins ou aux squelettes de coraux par exemple. A leur mort, ces organismes coulent au fond et s’accumulent dans les sédiments. Sous l’effet de la pression, ceux-ci se transforment petit à petit en roches sédimentaires calcaires. Sous certaines conditions de température et de pression, les organismes morts peuvent parfois se transformer lentement en pétrole (voir notre article sur le pétrole), gaz naturel ou encore charbon.

Le carbone peut rester ainsi prisonnier des roches très longtemps. Il retourne à l’atmosphère sous forme de CO2 lorsque les êtres humains brûlent les combustibles fossiles ou lors d’éruptions volcaniques. Les roches calcaires peuvent revenir à la surface lors de la formation de chaînes de montagne, et le carbonate de calcium sera dissous par l’eau de pluie ou les torrents.

Rôle des activités humaines dans le cycle du carbone

L’homme utilise le pétrole, le charbon ou le gaz naturel comme combustible. Leur combustion libère du gaz carbonique, qui retourne dans l’atmosphère. Le rythme auquel le carbone est libéré excède celui de sa réabsorption par les organismes vivants. La concentration de gaz carbonique augmente donc dans l’atmosphère, contribuant au réchauffement du climat (voir gaz à effet de serre) et à l’acidification des océans, qui affecte les écosystèmes marins. Enfin, la déforestation perturbe également le cycle du carbone à l’échelle planétaire, en diminuant le nombre d’arbres qui en poussant «capturent» le carbone atmosphérique.

Et voici en vidéo un résumé du cycle du carbone et du rôle joué par les activités humaines.

 

Texte: Rédaction SimplyScience.ch
Sources principales: Wikipedia, allô prof.

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