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Cycles Biogéochimiques

Les cycles biogéochimiques décrivent la circulation des éléments chimiques (carbone, azote, eau) entre les êtres vivants, l'atmosphère, les sols et les océans. Ces cycles sont essentiels au fonctionnement des écosystèmes.

Objectifs

  • Comprendre le cycle du carbone
  • Expliquer le cycle de l'azote
  • Schématiser le cycle de l'eau
  • Identifier l'impact humain sur ces cycles

Matériel nécessaire

  • Schémas des cycles biogéochimiques
  • Simulation interactive des flux
  • Données sur les réservoirs de carbone
  • Courbe de CO₂ atmosphérique

Protocole expérimental

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1. Le cycle du carbone

Le carbone circule entre 4 réservoirs : atmosphère (CO₂), biosphère (êtres vivants), hydrosphère (océans), lithosphère (roches, combustibles fossiles). La photosynthèse fixe le CO₂, la respiration et la combustion le libèrent.

Conseil : L'océan est le plus grand réservoir de carbone actif.
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2. Impact humain sur le carbone

Analyse la courbe de Keeling (CO₂ à Mauna Loa depuis 1958). La combustion des énergies fossiles injecte du carbone stocké depuis des millions d'années. Le CO₂ est passé de 280 ppm (pré-industriel) à plus de 420 ppm.

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3. Le cycle de l'azote

L'azote atmosphérique (N₂, 78% de l'air) est fixé par les bactéries du sol en formes utilisables par les plantes (nitrates). Les décomposeurs restituent l'azote au sol et à l'atmosphère.

Conseil : Les légumineuses (haricots, trèfle) ont des nodosités avec des bactéries fixatrices d'azote.
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4. Le cycle de l'eau

L'eau s'évapore des océans et des continents, se condense en nuages, précipite sous forme de pluie ou neige, s'infiltre dans les sols ou ruisselle vers les cours d'eau, retourne à l'océan.

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5. Schématiser les cycles

Réalise des schémas fléchés montrant les réservoirs (rectangles) et les flux (flèches). Indique les processus biologiques (photosynthèse, respiration) et physico-chimiques (évaporation, dissolution).

Résultats attendus

Les cycles biogéochimiques montrent l'interdépendance entre les différents compartiments de la Terre. Le carbone, par exemple, peut rester des secondes dans l'atmosphère ou des millions d'années dans les roches calcaires.

Conclusion

Les activités humaines perturbent ces cycles naturels : augmentation du CO₂ (effet de serre), eutrophisation par excès d'azote (engrais), modification du cycle de l'eau (déforestation, urbanisation). Comprendre ces cycles est essentiel pour préserver l'environnement.

Questions de compréhension

Quels processus libèrent du CO₂ dans l'atmosphère ?
Réponse : La respiration des êtres vivants, la décomposition de la matière organique, la combustion (naturelle ou humaine), les éruptions volcaniques.
Pourquoi l'océan est-il important dans le cycle du carbone ?
Réponse : L'océan absorbe environ 25% du CO₂ émis par l'homme. Il dissout le CO₂ et le stocke sous forme de carbonates.
Qu'est-ce que l'eutrophisation ?
Réponse : C'est un excès de nutriments (azote, phosphore) dans l'eau, causant une prolifération d'algues qui consomment l'oxygène et asphyxient le milieu.

Pour aller plus loin

  • Calculer son empreinte carbone
  • Étudier le cycle du phosphore
  • Analyser l'impact du changement climatique sur les cycles
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