# Cycles biogéochimiques du carbone et de l'azote

Écologie & évolution · Bachelor 3

> Réservoirs et flux du carbone, fixation, nitrification, dénitrification et perturbations humaines.

## Introduction

Contrairement à l'énergie, la matière circule en boucle : les éléments chimiques passent des réservoirs abiotiques (atmosphère, océan, sol, roches) aux organismes, puis retournent à l'environnement. Le carbone est fixé par la photosynthèse et libéré par la respiration et la décomposition ; l'atmosphère en contient environ 850 Gt C, la végétation 450 à 650, les sols plus de 1500 et les océans environ 38 000. La combustion des énergies fossiles et la déforestation y ajoutent environ 10 Gt C par an.

L'azote, dont l'atmosphère est composée à 78 % de N2, est inaccessible à la plupart des organismes sous cette forme. Il est rendu biodisponible par la fixation biologique (bactéries Rhizobium, cyanobactéries) ou industrielle (procédé Haber-Bosch). Il subit ensuite l'ammonification, la nitrification (NH4+ → NO2- → NO3-) puis la dénitrification (NO3- → N2). L'agriculture intensive a doublé les flux d'azote réactif, causant eutrophisation et émissions de protoxyde d'azote (N2O), gaz à effet de serre. En Suisse, les dépôts azotés dépassent les charges critiques dans une grande partie des écosystèmes sensibles.

## Objectifs d'apprentissage

- Décrire les principaux réservoirs et flux du carbone
- Nommer les étapes du cycle de l'azote et les organismes impliqués
- Expliquer l'effet du procédé Haber-Bosch sur le cycle de l'azote
- Relier fertilisation, eutrophisation et émissions de N2O
- Discuter la notion de charge critique d'azote

## Concepts clés

- **Cycle du carbone** : Flux entre atmosphère, biosphère, sols et océans ; les sols et les océans sont les plus grands réservoirs, les combustibles fossiles un réservoir géologique libéré par l'être humain.
- **Fixation de l'azote** : Conversion de N2 en NH3 par la nitrogénase des bactéries symbiotiques (Rhizobium), libres (Azotobacter) et cyanobactéries.
- **Nitrification et dénitrification** : Nitrification aérobie par Nitrosomonas et Nitrobacter ; dénitrification anaérobie par des bactéries, produisant N2 et parfois N2O.
- **Charge critique** : Seuil de dépôt d'azote au-delà duquel des effets nocifs significatifs apparaissent sur l'écosystème.

## Conclusion

Les cycles du carbone et de l'azote sont intimement liés aux activités humaines. Perturbés, ils engendrent le changement climatique, l'eutrophisation et la perte de biodiversité.

Comprendre leurs réservoirs et leurs flux est indispensable à l'élaboration des politiques suisses de réduction des émissions d'ammoniac et de gaz à effet de serre dans l'agriculture.

## Cartes

### Quel est le plus grand réservoir actif de carbone ?

Les océans (environ 38 000 Gt C), surtout sous forme de carbone inorganique dissous.

### Quels processus rejettent du CO2 dans l'atmosphère ?

Respiration, décomposition, combustion de biomasse et de combustibles fossiles, changements d'usage des terres.

### Quel processus fixe le CO2 ?

La photosynthèse des plantes, algues et cyanobactéries.

### Qu'est-ce que la fixation de l'azote ?

Conversion de l'azote atmosphérique N2 en ammoniac, par des procaryotes diazotrophes ou par le procédé Haber-Bosch.

### Quelle symbiose fixe l'azote chez les légumineuses ?

Celle avec les bactéries Rhizobium dans les nodosités racinaires.

### Que fait la nitrification ?

Oxyde l'ammonium en nitrite puis en nitrate (Nitrosomonas puis Nitrobacter).

### Que fait la dénitrification ?

Réduit les nitrates en N2 (et N2O) en conditions anaérobies, renvoyant l'azote à l'atmosphère.

### Quel gaz issu de l'azote est un puissant gaz à effet de serre ?

Le protoxyde d'azote N2O, dont le pouvoir de réchauffement est environ 270 fois celui du CO2 sur 100 ans.

### Qu'a changé le procédé Haber-Bosch ?

Il permet de synthétiser industriellement l'ammoniac, base des engrais azotés, et a presque doublé la quantité d'azote réactif.

## Glossaire

- **Diazotrophe** : Organisme capable de fixer l'azote atmosphérique.
- **Minéralisation** : Conversion de l'azote organique en ammonium par les décomposeurs.
- **Lessivage** : Entraînement de nutriments par l'eau vers les nappes et cours d'eau.
- **Puits de carbone** : Réservoir qui absorbe plus de carbone qu'il n'en émet.
- **Séquestration** : Stockage de carbone à long terme dans la biomasse, les sols ou les sédiments.
- **Dépôts azotés atmosphériques** : Apport d'azote réactif par précipitations et dépôts secs.

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