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Extrait des cours d'écologie Cours d'écologie Première partie –– Écologie fondamentale Chapitre IV – Cycles biogéochimiques Le cycle du carbone Figure 12 - Le cycle du carbone figure 13 – cycle du carbone et de l'oxygène, in Müller et Obrist, 2004 L'impact des humains sur le cycle du carbone est présenté dans le site suivant : http://library.thinkquest.org/11353/carbon.htm Les principaux responsables de l'effet de serre 1 Le CO2 : Bien que moins absorbant que d'autres gaz, le CO2 est responsable de 50% de l'effet de serre du fait de l'énorme quantité rejetée dans l'atmosphère par les activités des pays industrialisés. C'est le trafic routier qui est à l'origine des 2/3 de cette pollution, le résidentiel et le tertiaire en rejettent 23% et les industries environ 10%. 2 Le méthane : Il est produit par les fermentations anaérobies des matières organiques. Il provient principalement de la digestion des ruminants (24 millions de tonnes équivalent carbone), des lisiers de porcs (2,5 millions de tonnes équivalent carbone), des zones humides et des rizières (0,3 million de tonnes équivalent carbone), des décharges d'ordures ménagères, des fuites de gaz naturel… 3 Les oxydes d'azote : Les transports routiers libèrent les 3/4 des oxydes d'azote, les autres proviennent de la dénitrification des nitrates du sol dans les zones humide. 4 Les CFC (chlorofluorocarbones) : Ces composés halogénés sont 4000 fois plus actifs que le CO2 vis-à-vis de l'effet de serre ; ils sont utilisés, en raison de leur inertie, comme gaz propulseurs des aérosols ou pour la réfrigération et entrent dans la fabrication de certains plastiques et mousses. Le protocole de Montréal signé par 129 pays en 1993 prévoit l'arrêt de leur production et de leur consommation. Le cycle de l'azote 1 Nutrition azotée des plantes supérieures La plupart des plantes n'absorbent l'azote que sous forme d'anions NO3- et de cations NH4+. Le plus grand nombre d'espèces est à alimentation mixte. Le phytoplancton, absorbe préférentiellement NH4+, l'utilisation des nitrates se fera après. Cette absorption d'ammonium a lieu notamment dans les eaux recevant une forte pollution organique (dans laquelle l'activité bactérienne, cependant oxyde rapidement NH3 et NH4OH en nitrites et nitrates). Certaines plantes sont nitrophiles (NO3-) et absorbent NO3- en grandes quantités. C'est le cas notamment des plantes rudérales qui affectionnent les accumulations de déchets organiques qu'on peut trouver aux abords des fermes, à l'emplacement d'un vieux tas de fumier, dans les fossés où la biomasse s'accumule et se décompose… Tous ces milieux sont riches en azote d'origine organique, minéralisé par les bactéries et qui se retrouve donc en abondance à la disposition des plantes autotrophes (un excellent compost riche en azote peut être réalisé avec des plantes rudérales nitrophiles). Certaines plantes utilisent exclusivement NH4+, on les rencontre en particulier dans les sols où la nitrification se fait mal : sols anoxiques (marécages, toundra…), sols acides (landes à bruyères, pinèdes…), qui sont pauvres en bactéries et où la décomposition a lieu lentement. Ces sols sont riches en champignons et la nutrition des plantes passe souvent par les organismes symbiotiques de la rhizosphère ; ces champignons peuvent aussi absorber directement les acides aminés et en faire profiter les plantes associées. Un champ de blé utilise entre 50 et 100 kg d'azote par hectare et par an en fonction de la durée de la saison de végétation. Une station d'épuration par lagunage fonctionnant avec des macro ou des microphytes peut fixer entre 700 et 2500 kg par hectare et par an. 2 Minéralisation de l'azote organique et recyclage La nitrification La dégradation des protéines en azote se déroule en trois étapes : - L'ammonisation : si le sol est suffisamment aéré, les bactéries ammonifiantes utilisent des enzymes pour catalyser l'oxydation des acides aminées ce qui libère des ions NH4+ ou de l'ammoniac. RCHNH2COOH + O2 RH + 2 CO2 + NH3 (ammoniac) RCHNH2COOH + O2 + H+ RH + 2 CO2 + NH4+ (ion ammonium) - La nitrosation : d'autres bactéries aérobies, les bactéries nitreuses telles que Nitrosomas europea utilisent les ions ammonium ou l'ammoniac dans un couplage oxydoréductif et les transforment en acide nitrique ou en ions NO2- : 2 NH3 + 3 O2 2 HNO2 + H2O + énergie 2 NH4++ 3 O2 2 NO2- + 2 H2O + 4 H+ + énergie - La nitratation : L'acide nitreux qui est très instable ou les ions NO2- sont récupérés par des bactéries nitriques de type Nitrobacter qui les oxydes en acide nitrique ou en ions NO3- qui se lient aussitôt à des cations du sol pour donner les nitrates que les plantes pourront alors absorber : 2 HNO2 + O2 2 HNO2 + énergie 2 NO2- + 3 O2 2 NO3- + énergie 3 Synthèse des engrais et cycle de l'azote La mise à disposition d'azote (fertilisants de synthèse) par l'industrie a une part dans le cycle de l'azote. Beaucoup d'engrais sont en effet synthétisés par réduction de l'azote de l'air. Pour obtenir les ions NO3- ou NH4+, on utilise de l'acide sulfurique ou de l'acide nitrique par exemple : H2SO4 + 2 NH3 (NH4)2SO4 (sulfate d'ammonium) HNO3 + NH3 NH4NO3 (nitrate d'ammonium) Ces deux engrais avec le nitrate de calcium Ca(NO3)2 sont les plus utilisés. Ceux qui apportent des nitrates ont une action très rapide mais sont source de pollution parce qu'ils sont très solubles. On emploie également des engrais de fond à action lente comme l'urée CO(NH2)2 ou la cyanamide calcique CaCN2. Quant aux ammonitrates ils apportent à la fois de l'acide nitrique à action rapide et de l'azote ammoniacal à action plus lente.
