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Contenu principal

Révision des cycles biogéochimiques

Termes clés

TermeSignification
Cycle biogéochimiqueLa façon dont un élément ou un composé se déplace entre une forme vivante ou non vivante et différents endroits
NutrimentsÉléments dont un organisme a besoin pour vivre
HydrosphèreL'ensemble des endroits où l'on trouve de l'eau sur Terre
GéosphèreL'ensemble de la roche située sur et sous la surface de la Terre
Nutriment limitantUn nutriment qui est limité en quantité et qui limite la croissance

Les cycles biogéochimiques

La matière circule à travers les niveaux trophiques et les éléments sont recyclés au sein des écosystèmes grâce aux cycles biogéochimiques.
Au fur et à mesure que les nutriments traversent les écosystèmes, les composés qui les forment sont généralement transformés.

Le cycle de l'eau

Le cycle de l'eau est complexe et implique des changements d'état dans l'eau, ainsi que le mouvement physique de l'eau à travers et entre les écosystèmes.
L'hydrosphère est large et diversifiée. L'eau est présente sous forme liquide à la surface de la Terre et sous le sol, sous forme de glace dans les calottes glaciaires et les glaciers et sous forme de vapeur d'eau dans l'atmosphère.
L'eau s'évapore de la surface de l'océan et forme des nuages par condensation. L'eau dans les nuages peut tomber sur la terre ou sur la mer. Cela s'appelle la précipitation. Les nuages formés en mer peuvent se déplacer au dessus des terres. Quand la pluie tombe sur la terre, elle peut s'écouler à la surface, infiltrer le sol (rentrer dans le sol depuis la surface), et percoler dans le sol, s'enfoncer dans les couches terrestres pour devenir une nappe phréatique. Les eaux souterraines des niveaux supérieurs peuvent s'écouler dans les rivières, les lacs ou les océans. L'eau à proximité de la surface du sol peut être absorbée par les plantes et puis les quitter par transpiration des feuilles. Le ruissellement de la fonte des neiges et la sublimation de la neige et de la glace sont d’autres processus qui contribuent au cycle de l’eau.
Le cycle de l'eau. Image de NOAA National Weather Service, CC BY 2.0.
Les molécules d’eau pénètrent généralement dans l’atmosphère sous forme de vapeur. Elles s'échappent des masses d'eau grâce à l'évaporation et quittent les feuilles des plantes grâce à la transpiration.
La vapeur peut être transportée dans l'atmosphère. Quand elle refroidit, l'eau se condense en gouttelettes, lesquelles forment des nuages et entraînent des précipitations, comme la pluie ou la neige.

Le cycle du carbone

Le carbone est un élément essentiel des corps des organismes vivants. C'est aussi un élément important sur le plan économique à l'époque actuelle, puisque les humains utilisent le carbone présent dans les combustibles fossiles.
  • Le dioxyde de carbone (start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript) dans l'atmosphère est absorbé par les organismes photosynthétiques et utilisé pour fabriquer des molécules organiques. Ces molécules vont ensuite voyager à travers les chaînes alimentaires. À la fin, les atomes de carbone sont libérés sous forme de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript dans la respiration.
  • Les processus géologiques lents, comme la formation de roches sédimentaires et de combustibles fossiles, contribuent au cycle du carbone sur de longues échelles de temps.
  • Certaines activités humaines, telles que la combustion d'énergies fossiles et la déforestation, augmentent la quantité de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript dans l'atmosphère et affectent le climat de la Terre et les océans.
Le cycle du carbone. Image de OpenStax, CC BY 4.0.
Les autotrophes (producteurs) extraient le carbone de l’atmosphère grâce à la photosynthèse et l’utilisent pour fabriquer des composés organiques, tels que le glucose. Les hétérotrophes (consommateurs), comme les humains, consomment les molécules organiques. Ainsi, le carbone organique traverse les chaines et les réseaux alimentaires.
Le carbone est libéré dans l'atmosphère par les autotrophes ou les hétérotrophes grâce à la respiration cellulaire, ou lorsque les décomposeurs décomposent les corps des organismes morts.
Les activités humaines, telles que la combustion d'énergies fossiles, peuvent également libérer du carbone dans l’atmosphère.
Le carbone pénètre dans la géosphère lorsque la matière organique morte est enterrée et transformée. Ce processus, qui en fin de compte crée des énergies fossiles, peut prendre des millions d'années.

Le cycle de l'azote

L'azote est un nutriment important pour tous les organismes vivants puisqu'on le trouve dans les protéines, l'ADN et l'ARN.
L'illustration montre le cycle de l'azote : l'azote gazeux de l'atmosphère est fixé dans l'azote organique par des bactéries fixant l'azote. Cet azote organique pénètre dans les réseaux alimentaires terrestres et quitte ces réseaux sous forme de déchets azotés dans le sol. L'ammonification de ces déchets azotés par des bactéries et des champignons dans le sol transforme l'azote organique en ion d'ammonium (NH4 plus). L'ammonium est converti en nitrite (NO2 moins), puis en nitrate (NO3 moins) par des bactéries nitrifiantes. Les bactéries dénitrifiantes convertissent le nitrate en gaz azoté, qui pénètre dans l'atmosphère. L'azote issus des ruissellements et des engrais pénètre dans les océans, et ensuite dans les réseaux alimentaires marins. Une partie de l'azote organique tombe jusqu'au fond océaniques sous forme de sédiments. Une autre partie de l'azote organique des océans est converti en ions nitrite et nitrate, lesquels sont ensuite convertis en azote gazeux au cours d'un processus similaire à celui qui se produit sur terre.
Le cycle de l'azote. Image de OpenStax, CC BY 4.0.
L'azote existe dans l'atmosphère sous forme de gaz. Lors de la fixation de l'azote, les bactéries transforment l'azote gazeux en ammoniaque, une forme d'azote utilisable par les plantes. En consommant les plantes, les animaux obtiennent des composés d'azote utilisables. Certaines bactéries récupèrent également de l'énergie grâce à la dénitrification, durant laquelle les nitrates sont convertis en azote gazeux, puis libérés dans l'atmosphère.
L'azote est un nutriment limitant fréquent dans la nature (et l'agriculture). Lorsque les réserves d'azote disponible sont faibles, de nombreux processus, tels que la production primaire et la décomposition, sont retardés.

Erreurs courantes et idées reçues

  • Tous les nutriments ne traversent pas les cycles de la même façon. On pense souvent que les cycles biogéochimiques sont linéaires et que chaque atome ou molécule passe progressivement par chaque étape du cycle. Mais ce n'est pas le cas. Le même atome ou la même molécule peut rester stocké longtemps dans une même phase, circulant en permanence entre deux mêmes étapes, ou au contraire passer par chaque étape du cycle.
  • Les énergies fossiles sont considérées comme des ressources non renouvelables. Bien que le processus qui crée des énergies fossiles se déroule naturellement et de manière continue, celles-ci sont considérées comme des ressources non renouvelables parce qu'elles sont utilisées beaucoup plus rapidement qu'elles ne peuvent être produites par les processus géologiques.