Principes des cycles biogéochimiques

Les êtres vivants échangent en permanence de la matière avec leur environnement. Un cycle biogéochimique décrit le trajet d'un élément chimique entre les grands réservoirs de la planète : atmosphère, hydrosphère, lithosphère et biosphère. Chaque cycle est animé par des flux naturels comme l'érosion, la photosynthèse ou la respiration, et peut être perturbé par les activités humaines. Le temps de résidence d'un élément dans un réservoir correspond à la durée moyenne avant son transfert vers un autre réservoir. Comprendre ces cycles permet d'évaluer l'impact des émissions de gaz à effet de serre ou des engrais.

📖 Définition

Réservoir : compartiment stockant un élément, comme l'océan, l'atmosphère, les roches ou la biomasse.

📢 Rappel

En classe de première, vous avez vu que la photosynthèse fixe le CO2 et que la respiration en libère.

⭐ À retenir

Les activités humaines modifient la vitesse des flux et déséquilibrent les cycles.

💡 À retenir : Un cycle biogéochimique relie des réservoirs par des flux de matière.

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Photosynthèse, respiration et combustion

Le cycle du carbone

Le carbone circule rapidement entre l'atmosphère, les océans et les êtres vivants. La photosynthèse incorpore le CO2 atmosphérique dans la matière organique des producteurs primaires. La respiration et la décomposition restituent ce carbone sous forme de CO2. À plus long terme, la sédimentation de matière organique forme des roches carbonées ou des combustibles fossiles. Leur combustion massive par les activités humaines libère en quelques siècles du carbone stocké depuis des millions d'années, augmentant l'effet de serre.

🔍 Exemple

Un trajet en voiture brûle du pétrole et libère du CO2 qui était piégé dans le sous-sol.

⭐ À retenir

La combustion des énergies fossiles est le principal flux anthropique de carbone vers l'atmosphère.

💡 À retenir : Le CO2 atmosphérique est le carrefour rapide du cycle du carbone.

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Fixation, nitrification, dénitrification

Le cycle de l'azote

L'azote est indispensable aux protéines et aux acides nucléiques, mais la plupart des êtres vivants ne peuvent pas utiliser directement le N2 atmosphérique. Des bactéries fixatrices, libres ou symbiotiques comme Rhizobium, transforment le N2 en ammonium NH4+. La nitrification par d'autres bactéries oxyde ensuite l'ammonium en nitrates NO3-, forme assimilable par les plantes. Après la mort des organismes, la décomposition ammonifiante restitue l'ammonium. Enfin, la dénitrification transforme les nitrates en N2, bouclant le cycle.

🔍 Exemple

Les légumineuses comme le pois ou le haricot hébergent des Rhizobium dans leurs nodosités racinaires.

⭐ À retenir

La nitrification produit des nitrates, mais la dénitrification renvoie l'azote sous forme gazeuse.

💡 À retenir : Seules certaines bactéries peuvent fixer le N2 atmosphérique.

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Un cycle sans atmosphère

Le cycle du phosphore

Le phosphore est un composant essentiel de l'ATP et des acides nucléiques. Contrairement au carbone et à l'azote, il ne possède pas de phase gazeuse significative à température ordinaire. Son réservoir principal est la lithosphère : l'altération des roches phosphatées libère des ions phosphates dans les sols et les eaux. Les plantes absorbent ces ions, puis les consommateurs les récupèrent le long des chaînes alimentaires. Après la décomposition, le phosphore retourne aux sols ou sédimente au fond des océans, où il peut former de nouvelles roches sur des temps géologiques.

📢 Rappel

L'ATP, molécule énergétique universelle, contient trois groupes phosphate.

🔍 Exemple

Les engrais phosphatés issus de roches minières accélèrent le transfert du phosphore vers les eaux, favorisant l'eutrophisation.

⭐ À retenir

Sans phase atmosphérique, le phosphore tend à s'accumuler dans les sédiments marins.

💡 À retenir : Le cycle du phosphore est essentiellement géologique et très lent.

Fiche de révision Exercices

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