Chapitre 70 – Le carbone – Partie 3

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Les sols et l'agriculture, Gérard Millette Ph.D.
Chapitre 70
NOURRIR LES PLANTES
LE CARBONE
Partie 3
INTRODUCTION
Le carbone (C) nourrit tous les êtres vivants de la terre. Il
constitue la base de tous les aliments consommés parce qu’il
emmagasine puis relâche l’énergie. Il devient ainsi la matière
constituante des êtres vivants.
Chaque espèce vivante de la nature a ses particularités
pour utiliser le carbone et s’en nourrir. Les plantes (69), qui ne
peuvent se déplacer, ont développé un système pour se nourrir sur place grâce à la photosynthèse. Quant aux êtres qui se
déplacent à la recherche de nourriture, ils ont développé des
systèmes qui répondent à leurs besoins physiologiques. Il y a
des êtres à sang froid, et d’autres à sang chaud qui produisent
et dégagent de la chaleur pour se nourrir et agir. Des espèces
des deux groupes vivent en milieu atmosphérique ou aquatique. Les groupes à sang froid comprennent tous les insectes,
les vers, un grand nombre de microorganismes, etc. Les espèces à sang chaud sont moins nombreuses mais nous intéressent plus particulièrement, vu qu’elles incluent l’être
humain. C’est pourquoi l’étude du cycle du carbone en milieu
animal est concentrée sur celui des êtres à sang chaud et comprend les humains.
ENTHALPIE
L’enthalpie est la propriété physique la plus importante
du carbone. On la définit comme un échange d’énergie se
produisant lorsqu’une substance ou un élément quelconque
change d’état. Par exemple, le nombre de calories requises
Figure 70.1
pour transformer l’eau en vapeur est une mesure de l’enthalpie. Le carbone libère beaucoup de chaleur et d’énergie
lorsqu’il s’oxyde de C (carbone) à CO2 (dioxyde de carbone )
par la combustion. Cette enthalpie permet de chauffer une
habitation, de cuire des aliments, etc. en brûlant les fibres du
bois qui sont un mélange de cellulose, d’hémicellulose et de
lignine (69). C’est ainsi que la combustion lente du carbone
dans les êtres à sang chaud leur fournit la chaleur dont ils ont
besoin.
ÊTRES À SANG CHAUD
Tous les êtres multicellulaires ont besoin d’oxygène et
de carbone pour vivre. Il leur faut alors un système respiratoire
et circulatoire pour apporter cet oxygène à toutes les cellules
et à tous les tissus du corps. Le même système sert à rejeter le
CO2 qui résulte de cette combustion interne. L’agent de transport est le globule rouge, qui contient l’hémoglobine du sang.
Le globule transporte l’oxygène vers les produits carbonés qui
nourrissent le corps par les réactions chimiques des cellules.
Un millilitre de sang contient 5 millions de globules, qui lui
donnent sa couleur rouge. En même temps, les globules recueillent le CO2 formé durant la respiration des cellules qui
ont été nourries, et le ramènent aux poumons pour être rejeté
dans l’air lors de l’expiration du gaz. Les mêmes globules peuvent circuler 100 000 fois et ont une durée de vie de 120 jours
environ, avant que la rate et les globules blancs les détruisent.
Chaque seconde, notre moelle osseuse met en circulation
entre 2 et 3 millions de nouveaux globules rouges. C’est ainsi
que les poumons servent à apporter l’oxygène et à rejeter le
CO2 que l’organisme utilise pour vivre.
L’humain, étant un être à sang chaud, respire l’air qu’il rejette dans l’atmosphère en
ayant doublé son contenu en CO2, ce qui en fait l’un des principaux responsables des
gaz à effet de serre (GES). En effet, l’augmentation de la population depuis 100 ans,
jumelée aux activités humaines incluant les élevages, porte annuellement à quelque
3 milliards de tonnes les rejets de CO2.
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Chapitre 70
DIGESTION
La digestion comporte plusieurs procédés rattachés à
des étapes. Il y a le broyage des aliments, leur transit dans le
système digestif, l’humidification, les sécrétions digestives qui
apportent des enzymes et des microorganismes spécialisés,
puis le rejet des déchets accumulés. Les processus de la digestion des êtres vivants varient en fonction des espèces. Par
exemple, les ruminants qui ont un estomac à quatre compartiments digèrent différemment des porcs, des lapins et des
humains qui n’en ont qu’un seul, ou des volailles qui en ont
deux. Par contre, le but de la digestion est le même pour tous,
soit transformer les aliments ingurgités en substances chimiques carbonées simples qui peuvent passer dans le sang
pour nourrir l’ensemble de l’organisme.
• Les ruminants
Les ruminants utilisent leur cavité buccale (la bouche) à
deux reprises pour digérer. L’herbe broutée, par exemple, est
mélangée à la salive et mastiquée rapidement une première
fois, puis envoyée dans la panse ou rumen, le premier compartiment de l’estomac. Cette première ingurgitation apporte
de l’azote aux microorganismes du rumen. Les aliments dans
la panse subissent une dégradation importante. Les lipides
(gras) et les glucides (sucres) y subissent une transformation.
Ceci produit beaucoup de gaz CO2 et de méthane (CH4) rejeté
par la bouche dans l’atmosphère. Les protéines y sont partiellement décomposées, produisant du gaz d’ammoniac (NH3)
évacué par la bouche et de l’urée (CO(NH2)2) rejetée dans
l’urine. Après environ 30 minutes, les aliments du rumen sont
régurgités dans la bouche, remâchés avec beaucoup de salive
et retournés dans le second compartiment de l’estomac, appelé le réseau. La vache peut produire jusqu’à 150 litres de salive par jour pour ruminer ses aliments. Ceux-ci ne peuvent
pénétrer dans le compartiment du réseau que s’ils sont broyés
finement. Ils passent ensuite au troisième compartiment appelé feuillet. La dernière étape de la digestion s’engage. Elle
assèche le mélange alimentaire, qui est encore très liquide, et
récupère ainsi une bonne partie de la salive utilisée en grande
quantité durant la rumination. Le bol alimentaire passe enfin
dans le quatrième compartiment appelé caillette. Ce milieu
est acide et les protéines y sont digérées complètement.
• Les porcins
Chez le porc, qui est omnivore comme les humains, l’estomac n’a qu’un seul compartiment. L’estomac se vide lentement. Les aliments passent par petites quantités dans
l’intestin grêle. La décomposition des amidons commence
dans l’estomac environ trois heures après l’ingurgitation. Les
protéines sont hydrolysées, puis passent dans l’intestin grêle
où s’effectue la majeure partie de la digestion. Elles y sont
transformées en nutriments simplifiés chimiquement comme
les sucres, les acides aminés, le glycérol et les acides gras que
le système absorbe. Dans le gros intestin, l’eau est résorbée et
les matières fécales sont putréfiées avant d’être rejetées avec
une quantité importante de liquide.
• Les lapins
Le lapin a un système digestif particulier. Comme les insectes qui vivent des déjections fécales, il consomme une seconde fois la partie liquide de ses excréments en léchant son
anus sans toucher aux crottes solides qu’il rejette. Les aliments
sont rapidement acidifiés dans l’estomac, ce qui dégrade les
sucres. Tout le reste, plus les excréments liquides consommés
une seconde fois, est digéré dans l’intestin où tout est déshydraté, puis sort sous forme de crottes solides.
• La poule
La poule, qui n’a pas de dents, envoie ses aliments en
premier dans le jabot, le premier compartiment de son estomac. Il faut entre une heure trente et dix huit heures pour expédier les aliments reçus dans le second compartiment
appelé gésier. Celui-ci est un muscle très puissant et contient
même des petits cailloux qui écrasent les grains. Il contient
les enzymes requises pour digérer les amidons, les protéines,
etc. Les volailles nourries exclusivement avec des moulées de
farine ont donc besoin de petits cailloux dans la nourriture.
Ceci augmente la digestion des céréales d’environ 10 %.
Figure 70.2
Les lipides et les glucines contenues dans la panse des ruminants produisent beaucoup de CO2 et de méthane, qui sont rejetés par la respiration dans l’atmosphère.
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Chapitre 70
• L’humain
Chez l’humain, la digestion commence dans la bouche
avec la salive qui humidifie et dilue les aliments. Le pH (16, 17)
de l’estomac est légèrement acide. Grâce à l’enzyme amylase,
l’estomac dégrade les amidons. Puis, l’acidité augmente pour
que les enzymes puissent attaquer les protéines. La digestion
des gras a lieu dans l’intestin grêle grâce à la bile venant du
foie, aux sucs du pancréas, etc. dans un milieu alcalin avec un
pH près de 8. Les nombreuses enzymes diversifiées de l’intestin grêle complètent le processus de digestion et d’assimilation des substances nutritives. Le colon, ou gros intestin, peut
modifier la cellulose que nous digérons peu. Cependant, il résorbe les liquides pour nous permettre d’évacuer des excréments solides.
RESPIRATION, COMBUSTION
Tel que mentionné au chapitre 69, l’exhalaison des gaz
durant la respiration rejette dans l’atmosphère un gaz enrichi
du double en CO2. Ceci est dû à la combustion lente des milliers de composés organiques carbonés que les êtres à sang
chaud brûlent lentement pour nourrir leurs milliards de cellules vivantes. Or, le CO2 fait partie des gaz à effet de serre
(GES), un sujet de conversation très à la mode. Qu’en est-il de
la contribution des êtres à sang chaud à cette augmentation
de CO2 ?
L’atmosphère qui entoure la terre jusqu’à 100 kilomètres
d’altitude contient 21 % d’oxygène, 78 % d’azote, 0,03 % de
CO2, et 0,97 % d’autres gaz variés. L’air aspiré de l’atmosphère
normale contient près de 0,06 grammes de CO2 par litre. L’air
expiré en contient le double. La respiration normale, au repos
est de 8 litres à la minute. Donc, l’air expiré contient deux fois
plus de CO2 que l’air aspiré. Dans une heure, l’augmentation
en CO2 de l’atmosphère est de 28,8 grammes et d’environ 690
grammes dans une journée. Dans un an, une personne a rejeté 250 kilos ou un quart de tonne de CO2 en plus de ce que
l’atmosphère contenait au début. Or, depuis 100 ans, la population du globe a augmenté d’environ 5 milliards de personnes. Chaque milliard augmente le CO2 de 250 millions de
tonnes par année. À cause des activités humaines qui augmentent le rythme de la respiration, on peut ajouter 20 % à
la quantité mentionnée. Ceci porte à 300 millions de tonnes
par année le supplément de CO2 ajouté à l’atmosphère par
milliard d’habitants. Par conséquent, la population sur terre
présentement augmente la quantité de CO2 dans l’atmosphère de 1,5 milliards de tonnes par année, au-delà de ce
qu'elle était il y a 100 ans. Cette quantité ne représente en fait
que 50 % de l’augmentation réelle. Les 5 milliards additionnels
de la population multiplient par 5 la production animale pour
se nourrir et par 5 également les quantités de CO2 et de méthane (CH4) rejetés par les animaux dans l’atmosphère. Par
conséquent, la production additionnelle de CO2 ajoutée à l’atmosphère chaque année est de 3 milliards de tonnes.
Figure 70.3
Ce chapitre n’est qu’un bref aperçu du rôle du carbone
dans l’alimentation des êtres du régime animal. Il se termine
par une évaluation des effets du carbone utilisé en nutrition
sur notre environnement. Il faudrait y ajouter les apports industriels. Ceci n’est qu’une introduction aux deux prochains
chapitres, qui traiteront de la participation du carbone via le
CO2 dans le réchauffement de la planète.
Figure 70.4
Les centaines de millions de porcs en
élevage dans le monde, destinés à l’alimentation humaine, font partie des
responsables du rejet dans l’atmosphère
des 3 milliards de tm de CO2 attribuables
annuellement à l’activité humaine.
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Le carbone libère beaucoup de chaleur et
d’énergie lorsqu’il s’oxyde, passant du carbone
au dioxyde de carbone sous l’effet de la combustion. Ce phénomène, qui se nomme
enthalpie, constitue la propriété physique la
plus importante du carbone.