Pourquoi le cycle du carbone est-il important ?

mai 24, 2023

Le cycle du carbone ou cycle du CO2 est un élément important de la vie quotidienne. En raison de l’abondance du carbone dans tous les éléments de la vie, y compris les animaux, les roches, l’air, l’eau et bien d’autres, le cycle du carbone est un cycle qui bouge et change constamment en raison de la nature toujours changeante des éléments qui le composent.

Le carbone est le quatrième élément le plus répandu sur Terre. Il est à l’origine de la majorité des combustibles humains et se trouve dans de nombreux réservoirs différents. La plus grande partie se trouve dans la lithosphère, qui est constituée de roches. La majorité du carbone est stockée dans les carbonates sédimentaires et les kérogènes, le reste étant réparti entre l’océan, l’atmosphère, la biomasse telle que les plantes et les animaux, et les combustibles fossiles. C’est ce qu’on appelle le stockage du carbone.

Vous mourrez, mais pas le carbone ; sa carrière ne s’arrête pas avec vous. Il retournera dans le sol, où une plante pourra le reprendre à temps, l’envoyant à nouveau dans un cycle de vie végétale et animale.

– Jacob Bronowski

Comment fonctionne le cycle du carbone ?

Les activités humaines telles que la combustion de combustibles fossiles et le chauffage des habitations libèrent du dioxyde de carbone dans l’atmosphère. La respiration des hommes et des animaux introduit également du carbone dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Les plantes disposent d’un processus appelé photosynthèse qui leur permet d’extraire le dioxyde de carbone de l’atmosphère et l’eau du sol pour former des photosynthétats (sucres, amidons, hydrates de carbone et protéines). Ainsi, le carbone devient la propriété des plantes.

Les animaux ne créent pas leur propre nourriture et se nourrissent de plantes ou d’autres animaux pour survivre. La nourriture qu’ils mangent est décomposée en sucres et en amidons par un processus appelé métabolisme. Lorsque les animaux respirent, le dioxyde de carbone est renvoyé dans l’atmosphère où les plantes l’utilisent à nouveau.

Lorsque les plantes et les animaux meurent, ils se transforment en combustibles fossiles, constitués de carbone sur des millions d’années. Cela se produit lorsque les décomposeurs, tels que les bactéries et les champignons, décomposent les plantes et les animaux morts et libèrent le carbone qu’ils contiennent. Lorsque nous brûlons ces combustibles fossiles, ils retournent dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Les plantes utiliseront à nouveau le carbone de l’atmosphère et tout le processus recommencera.

Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre qui retient la chaleur dans l’atmosphère. Sans lui et d’autres gaz à effet de serre, le monde serait une planète gelée. Au cours des 100 dernières années, nous avons tellement brûlé de combustibles fossiles qu’il y a aujourd’hui environ 30 % de dioxyde de carbone en plus dans l’atmosphère.

Le carbone se déplace d’un type de stockage à l’autre par de multiples voies d’échange. C’est pourquoi la combustion de combustibles fossiles contribue au réchauffement de la planète : le carbone libéré par les combustibles conservés sous terre se mêle à l’air de l’atmosphère, ce qui entraîne un réchauffement du climat. Les principales voies de déplacement du carbone sont l’atmosphère, l’océan, les sédiments et les combustibles fossiles, la biosphère et la décomposition de la biomasse, ainsi que l’intérieur de la terre.

Le carbone s’échange entre différents réservoirs de stockage par le biais d’une multitude de processus biologiques, géologiques, chimiques et physiques. Ces processus sont connus sous le nom de cycle du carbone.

Le cycle du carbone est divisé en deux grands types de mouvements, appelés cycles rapides et cycles lents. Voici comment ces deux types de mouvements fonctionnent.

Le cycle lent du carbone

Le cycle lent du carbone est la partie du cycle qui voit le carbone se déplacer entre les roches, les océans et le sol. Ce processus peut prendre des centaines de millions d’années, d’où le nom de « cycle lent du carbone ».

Pour que le carbone passe de l’atmosphère aux roches, il est transmis par les précipitations. Lorsque le carbone se mélange à l’eau de pluie dans l’atmosphère, il crée une pluie légèrement acide, du fait que le mélange de carbone et d’autres éléments forme de l’acide carbonique. Cet acide dissout lentement les roches sur une longue période, dans un processus plus communément appelé « altération chimique ». Les roches libèrent des composants chimiques tels que le magnésium, le sodium et le calcium, qui sont ensuite transportés par les rivières jusqu’à l’océan.
Lorsque ces ions atteignent l’océan, ils commencent à se combiner avec d’autres éléments pour en former de nouveaux. Le calcium, par exemple, fusionne avec les ions bicarbonate, ce qui crée un nouvel élément chimique appelé carbonate de calcium. Le carbonate de calcium est une substance blanche crayeuse que l’on observe sur les parois des falaises et dans toutes les régions où l’eau est dure.
Le carbonate de calcium est également créé par des créatures telles que le plancton et les coraux. Lorsque ces organismes meurent, leurs carcasses tombent au fond de l’océan, où elles sont compressées pendant de longues périodes par des coquillages et des roches sédimentaires. Le carbone est ainsi piégé dans les roches nouvellement créées, telles que le calcaire.
Sur terre, le carbone organique est stocké dans la boue. De grandes quantités de chaleur et de pression écrasent la boue et compriment la matière organique qui y est piégée. Après des millions d’années, ces organismes et la boue dans laquelle ils sont enfermés formeront des roches comme le schiste, un type de roche sédimentaire.
Parfois, si les conditions sont favorables, les matières végétales et animales mortes peuvent s’accumuler beaucoup plus rapidement que les couches existantes ne se décomposent. Lorsque ces conditions sont réunies, elles peuvent souvent conduire à la formation d’autres types de stockage de combustibles tels que le pétrole, le gaz ou le charbon.
Pour que le carbone retourne dans l’atmosphère d’où il vient, ces roches et ces combustibles doivent être libérés par des volcans. Les roches et les pierres du fond marin sont constamment en mouvement et lorsqu’elles entrent en collision les unes avec les autres, l’immense chaleur et la pression peuvent faire fondre la roche. Lorsque la roche est ainsi chauffée, elle libère du dioxyde de carbone.
Les volcans entrent alors en éruption et rejettent ce gaz carbonique dans l’atmosphère, tout en libérant des pans entiers de roches silicatées sur la terre ferme. Avec la libération de ces nouvelles roches, le cycle lent du carbone recommence, le carbone libéré dans l’atmosphère retombant sur les nouvelles roches pour retourner dans l’océan et former de nouveaux carbonates.
L’élément le plus rapide du cycle lent du carbone est l’océan, qui rejette de grandes quantités de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, tout en dissolvant le dioxyde de carbone qu’il reçoit de l’atmosphère. Cet échange constant entraîne la production d’hydrogène par l’océan, ce qui le rend plus acide et permet à l’eau d’altérer les roches que l’on trouve sur les côtes.

Le cycle rapide du carbone

Le carbone est un élément essentiel de tous les organismes vivants sur Terre, et l’échange de carbone par l’intermédiaire de ces organismes vivants est ce que l’on appelle le cycle rapide du carbone. Alors que les éléments du cycle lent du carbone prennent des centaines de millions d’années, les mouvements du cycle rapide du carbone se produisent au cours de la vie d’un organisme particulier.

Chez les créatures vivantes, le carbone est l’un des éléments les plus importants en raison du nombre de liaisons chimiques qu’il peut former dans chaque atome : jusqu’à quatre par atome. Cela signifie qu’il peut être combiné à d’autres substances chimiques de nombreuses manières complexes. Il est l’un des éléments les plus importants de l’ADN, qui comprend des molécules entrelacées ancrées sur une chaîne d’atomes de carbone.

Les principaux organismes associés au cycle rapide du carbone sont les plantes et les petites créatures océaniques appelées phytoplancton. Ces deux organismes absorbent le dioxyde de carbone présent dans l’atmosphère et le photosynthétisent pour le mélanger à l’eau et créer du sucre et de l’oxygène.
Le carbone présent dans les plantes peut être rejeté dans l’atmosphère de quatre manières principales :
Les plantes décomposent le sucre qu’elles produisent afin de stimuler leur croissance
Les animaux mangent les plantes (ou, dans le cas de l’océan, le plancton) et décomposent le sucre produit par ces organismes afin d’alimenter leur propre croissance ou respiration.
Le plancton ou les plantes meurent et sont consommés par des bactéries et d’autres micro-organismes en état de décomposition.
Les plantes succombent au feu.
Dans tous ces exemples, le sucre généré par ces organismes se combine à l’oxygène pour créer de l’énergie, tout en libérant de l’eau et du dioxyde de carbone.
Lorsque l’une des conditions susmentionnées est remplie, le dioxyde de carbone finit généralement par retourner dans l’atmosphère. Le cycle rapide du carbone est un élément essentiel de la croissance des plantes et de la vie du plancton, et ces organismes sont responsables d’une grande partie du mouvement du carbone sur terre. En hiver, lorsque les plantes meurent (ou même dans les régions plus froides où elles ne poussent pas aussi facilement), on observe une augmentation de la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Toutefois, au printemps, ces concentrations diminuent à nouveau.

Comment le cycle du carbone évolue-t-il ?

Le cycle du carbone a toujours fluctué et changé en réponse à des événements majeurs tels que les changements climatiques. Par exemple, lorsque des périodes glaciaires se sont produites dans le passé, le cycle du carbone s’est sensiblement ralenti. Le refroidissement a alors favorisé la croissance des populations de phytoplancton, ce qui a accentué l’effet de refroidissement sur la Terre. Lorsque les périodes glaciaires ont pris fin, les niveaux de carbone dans l’atmosphère ont considérablement augmenté.

Cependant, avec l’introduction de l’industrie humaine, le cycle du carbone est rapidement perturbé et ses changements naturels sont accélérés. Le défrichage et la combustion de combustibles fossiles libèrent dans l’atmosphère une quantité de carbone qui devrait normalement être libérée lentement, sans laisser de place aux plantes pour l’absorber.