cycle du carbone

Temps de lecture :

Le carbone existe dans la nature sous des formes diverses (tableau 5) :

Cycle carboneImage sécurisée
Tableau 5. Cycle carbone

Le CO2 est le composé de base du cycle du carbone et en l’absence de vie sur Terre, la teneur en CO2 de l’air dépendrait surtout de l’activité volcanique, plus ou moins équilibrée par l’altération des silicates qui, suite à leur lessivage par l’eau de pluie chargée en CO2, peut donner naissance à des carbonates eux-mêmes susceptibles d’être reconvertis en CO2 s’ils viennent à entrer en contact avec des phénomènes volcaniques.

Les cycles vitaux, puis les activités humaines ont modifié ce cycle géologique, suivant un schéma som­mairement représenté sur la figure 2, où l’on distingue :

  • une régulation par le cycle biologique [synthèse (surtout photosynthèse, réalisée par les algues et les végétaux terrestres) – respiration (ou fermentation, en milieu anaérobie)] ;
  • un apport déséquilibrant de CO2 (car incomplètement compensé par une fixation ultérieure), créé par les activités humaines : combustion des formes organiques (bois) et fossiles (pétrole, charbon, gaz) ou décomposition des roches carbonatées (cimenteries, fours à chaux), libérant des quantités de CO2 qui con­tribuent au réchauffement de la planète par effet de serre.

Il faut y ajouter diverses sources de méthane naturellement produit au cours des fermentations anaérobies ; ainsi les émissions de CH4 par les rizières et les panses des ruminants, les lisiers, constituent un facteur de déséquilibre supplémentaire de ce cycle.

Dans l’eau (figure 3), le CO2 dissous est en équilibre avec le CO2 atmosphérique d’une part, les espèces carbonatées dissoutes (HCO3, CO32–) d’autre part. La majeure partie du carbone minéral dissous est stockée dans les océans. Il est transformé en composés organiques par l’activité photosynthétique des algues et, dans une moindre mesure, des plantes aquatiques ; le flux annuel mondial de carbone ainsi fixé est de l’ordre de 60 milliards de tonnes par an (contre 110 pour les plantes terrestres), dont 80 % sont ensuite reje­tés sous forme de CO2 par la respiration et les 20 % restant sous forme de carbone organique, particulaire (COP) ou dissous ( COD ), constitué de métabolites sécrétés et de déchets excrétés.

Cycle biogéochimique carboneImage sécurisée
Figure 2. Cycle biogéochimique du carbone
Cycle aquatique carboneImage sécurisée
Figure 3. Cycle aquatique du carbone

Le stock de biomasse assurant ces flux rassemble les organismes responsables de la production primaire (les végétaux cités plus haut, auxquels s’ajoutent les bactéries phototrophes ou chimiotrophes, voir l'Autotrophie dans l'eau et le métabolisme cellulaire) et ceux constituant les chaînes alimentaires (zooplancton, macro-invertébrés, vertébrés). Le COP émis de leur vivant et la substance de leurs cadavres (mis à part une faible fraction qui atteint les sédiments, puits ultime du carbone dans certains cas) subissent une décomposition bactérienne par hydrolyse enzyma­tique, qui ajoute du COD au stock déjà existant.

Aux COP et COD ainsi engendrés au sein de l’eau (endogènes), s’ajoutent d’autres formes apportées par lessivage terrestre et/ou rejetées avec les pollutions (exogènes).

Une partie du COD total est assimilée par les bactéries hétérotrophes, le reste (COD réfractaire) demeurant en solution (ex. : les acides humiques). Les fractions biodégradables des MO aboutissent par anabolisme à de la biomasse bactérienne et par catabolisme à un rejet :

  • de CO2 en milieu aérobie (respiration), au sein de l’eau ;
  • de CO2 et de CH4 en milieu anaérobie (fermentation), au voisinage et au sein des vases et des sédiments (en particulier dans les marais), le CH4 étant lui-même susceptible d’être réoxydé en CO2 en milieu aéro­bie.

Le CO2 régénéré par cette minéralisation des matières organiques peut être à nouveau assimilé, ce qui boucle le cycle aquatique du carbone.