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Introduction aux cycles biogéochimiques

Découvrez la façon dont les atomes sont recyclés à travers les écosystèmes terrestres et les cycles biogéochimiques.

Points clés

  • L'énergie circule à travers un écosystème et elle est dissipée sous forme de chaleur, mais ses éléments chimiques sont recyclés.
  • La manière dont un élément — ou un composé tel que l’eau — évolue entre différents états et lieux, vivants ou non, dans la biosphère constitue un cycle biogéochimique.
  • Les cycles biogéochimiques qui sont importants pour les organismes vivants incluent les cycles de l'eau, du carbone, de l'azote, du phosphore et du soufre.

Introduction

De quoi votre corps est-il composé ? Pour ne pas trop faire durer le suspense : d'atomes. Beaucoup et beaucoup d'entre eux. Environ 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000 pour être précis1. D'où viennent tous ces atomes ?
Si on remontait le temps, la plupart des éléments qui composent notre corps – et ceux de tous les autres êtres vivants ! — sont nés de la mort des étoiles, il y a des milliards d'années. C'est plutôt cool, mais ça n'explique pas tout. Qu'est-ce que les atomes de votre corps ont fait plus récemment, depuis leur vie sur Terre ?

L'énergie circule, mais la matière est recyclée.

L’énergie circule de façon directionnelle à travers les écosystèmes de la Terre, y entrant généralement en tant que lumière du soleil et en sortant sous forme de chaleur. Cependant, les composants chimiques dont sont faits les organismes vivants sont différents : ils sont recyclés.
Qu'est-ce que cela signifie ? Les atomes de votre corps ne sont pas tout neufs. En fait, ils sont recyclés dans la biosphère depuis très longtemps et, en cours de route, ils ont fait partie de nombreux organismes et composés non vivants. Vous pouvez croire ou non à la réincarnation en tant que concept spirituel, mais il ne fait aucun doute que les atomes de votre corps aient constitué un grand nombre de choses vivantes ou non au fil du temps !
Dans cette image, le flux d'énergie est représenté par des flèches jaunes ou rouges. Le jaune indique l'énergie utilisable et le rouge désigne celle qui est perdue sous la forme de chaleur (énergie inutilisable). Les flèches vertes illustrent le recyclage continu des nutriments chimiques. Crédit d'image : Cycles biochimiques : Figure 1 par Eva Horne et Robert A. Bear ; l'article original est sous licence CC BY 4.0.
Les six éléments les plus courants dans les molécules organiques — le carbone, l'azote, l'hydrogène, l'oxygène, le phosphore et le soufre — prennent diverses formes chimiques. Ils peuvent être stockés pendant de longues ou courtes périodes dans l'atmosphère, sur terre, dans l'eau, ou sous la surface de la Terre, ainsi qu'au sein des corps des organismes vivants. Les processus géologiques — tels que l'altération atmosphérique des roches, l'érosion, le drainage de l'eau, et la subduction des plaques continentales — jouent tous un rôle dans ce recyclage des matériaux, comme c'est le cas des interactions entre les organismes.
La façon dont un élément — ou, dans certains cas, un composé tel que l'eau — évolue entre différents états et lieux, vivants ou non, constitue un cycle biogéochimique. Ce nom reflète l'importance de la chimie et de la géologie ainsi que de la biologie pour nous aider à comprendre ces cycles.

Quels sont les cycles biogéochimiques essentiels à la vie ?

L'eau, qui contient de l'hydrogène et de l'oxygène, est essentielle pour les organismes vivants. Cela place le cycle de l'eau assez haut sur la liste des cycles qui nous intéressent !
L’hydrosphère — l'ensemble des endroits par lesquels l'eau passe au cours de son cycle terrestre — est vaste et diversifiée. L'eau est présente sous forme liquide à la surface de la Terre et sous le sol, à l'état de glace dans les calottes polaires et les glaciers. Elle prend aussi la forme de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Pour plus d'informations sur le cycle de l'eau sous ses différentes formes, consultez l'article sur le cycle de l'eau.
L'eau représente plus de la moitié de notre corps, mais les humains ne peuvent pas pour autant se nourrir uniquement d'eau. En effet, il existe d'autres éléments essentiels au fonctionnement de notre corps et qui font partie des cycles biogéochimiques :
  • Le carbone est présent dans toutes les macromolécules organiques. Il constitue également un élément clé des combustibles fossiles. Voir l'article sur le cycle du carbone pour plus d'informations.
  • L'azote entre dans la composition de notre ADN, ARN et protéines et il est fondamental pour l'agriculture humaine. Voir l'article sur le cycle de l'azote pour plus d'informations.
  • Le phosphore est un composant clé de l'ADN et de l'ARN et il constitue l'un des principaux ingrédients — avec l'azote — des engrais artificiels utilisés pour l'agriculture. Voir l'article sur le cycle du phosphore pour plus d'informations.
  • Le soufre est essentiel à la structure des protéines. Il est libéré dans l'atmosphère lorsque l'on brûle des combustibles fossiles.
Ces cycles ne se produisent pas isolément, et le cycle de l'eau est un facteur particulièrement important des autres cycles biogéochimiques. Par exemple, le mouvement de l'eau est essentiel pour l'extraction de l'azote et du phosphate dans les rivières, les lacs et les océans. L’océan constitue aussi un réservoir (de stockage) majeur de carbone.
Bien que chaque élément ou composé emprunte son propre chemin, tous ces nutriments chimiques essentiels parcourent la biosphère, transitant entre les mondes biotiques (vivants) et abiotiques (non vivants) et passant d’un organisme vivant à un autre.

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