cycle du carbone

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

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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^–, CO₃^2–) 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.

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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.