Chap.2-Les cycles de la matière

2.1-Le rôle de l’eau dans les cycles de la matière

- Le cycle hydrologique est le cycle constant d’évaporation et de condensation de l’eau qui circule dans l’atmosphère et la biosphère.

-Le cycle hydrologique régit de la circulation de l’O2 et de l’H2 dans la biosphère.

-Le cycle hydrologique comporte les étapes suivantes :

1. l’évaporation,
2. la condensation,
3. les précipitations,
4. l’infiltration,
5. le ruissellement,
6. la transpiration,
7. l’accumulation (dans l’atmosphère, la glace et la neige, les plans d’eau douce et les océans).

-Lorsque l’eau traverse les composantes biotiques et abiotiques de la biosphère, elle transporte avec elle des éléments nutritifs et des substances chimiques. C’est ainsi que le cycle hydrologique est lié aux cycles biogéochimiques.

-Les végétaux influencent la vitesse du cycle de l’eau : ils réduisent l’impact des précipitations sur le sol, du ruissellement et de l’érosion, leurs racines affermissent le sol, le protégeant de l’érosion en emprisonnant l’eau, leurs ombrages abaissent la température du sol et ralentit l’évaporation, ils réduisent les courants d’air en retenant l’air humide qui les entourent.

Les propriétés spécifiques de l’eau :

2.2 Les cycles biogéochimiques

(1)Le cycle du carbone

(2)Le cycle de l’azote

(3)Le cycle du soufre

(4)Le cycle du phosphore

(5)Le cycle de l’oxygène

1-Le cycle du carbone

Présent dans l’atmosphère sous forme de CO 2 (g)

*Respiration cellulaire

*Combustion

*Décomposition

• Utilisé par les végétaux pour la photosynthèse.
• Producteurs terrestres le tire directement de l’air
• Producteurs aquatiques : carbone dissous dans l’eau sous forme d’ions carbonates (CO 3 2- )

*Le cycle lent du carbone

Mauve fig. 2.12 p.46

-Formation des combustibles fossiles

*Le cycle rapide du carbone Vert de fig.2.12 p.46 -Note : Le haut taux de combustion de combustibles fossiles par les humains est venu contribuer au cycle rapide = déséquilibre du cycle

2-Le cycle de l’oxygène

Étroitement lié au cycle de carbone via la respiration cellulaire et la photosynthèse (fig. 2.11 p.43 flèche jaune)

3- Le cycle du soufre Fig. 2.14 p.47

*Forme protéines, vitamines

*Les plantes et les algues l’utilisent sous forme de sulfates (SO 4 2- )

*Les décomposeurs, les usines et les volcans relâchent (H 2 S (g) )

Les bactéries jouent un rôle essentiel → utilisent certains composés sulfurés lors de la respiration cellulaire ou de la photosynthèse.

• Elles transforment les formes de soufre inutilisables en formes utilisables pour les autres organismes.
• Chimiotrophes (cheminées sous-marine)

Les dépôts acides → (pollution et éruption volcanique relâchent des oxydes sulfurés (SO 2 (g)) dans l’atmosphère

*Le SO 2 (g) réagit avec l’eau et produit de l’acide sulfurique ou sulfureux qui retombent sur le sol

SO 2 (g) + H 2 0 (l) → H 2 S0 3 (g) Acide sulfureux

SO 2 (g) + H 2 0 (l) → H 2 S0 4 (g) Acide sulfurique

4- Le cycle de l’azote

*composante essentielle de la synthèse des protéines, de L’ADN et de L’ARN

*végétaux tirent l’azote du sol

*78% de l’air est constitué d’azote $mais il est inutilisable sous cette forme$

*Le N 2 (g) atmosphérique doit être converti en azote hydrosoluble.

La foudre:

*lorsqu’une décharge électrique traverse l’air, des molécules de N 2 (g) se combinent à des O 2 (g) pour former des nitrates (NO 3 - ). Ces nitrates se dissolvent dans l’eau de pluie et ensuite s’infiltrent dans le sol

Des micro-organismes

*bactéries fixatrices :

• absorbent N 2 (g) présent dans l’air du sol et le transforme en NO 3 - et NO 2 -
• vivent dans les nodosités de racines de légumineuses (trèfle, luzerne, pois, lentilles) et fixent N 2 (g) en ammonium(NH 4 + ) qui bénéficie les plantes et en retour les plantes fournissent des sucres aux bactéries

*Les bactéries nitrifiantes : Transforment l’ammonium en nitrites et nitrates.

• Les algues bleues : présentes dans l’eau et le sol humide, absorbent N 2 (g) et le transforme en composés utiles pour les plantes.
• Les animaux obtiennent leur azote en consommant des végétaux ou des animaux
• Les décomposeurs transforment la matière morte en substances ammoniacales. Ils recyclent des substances azotées (ie, acide urique, l’urée) excrétées par les animaux
• Certaines bactéries procèdent à la dénitrification- convertissent les nitrates en ammonium puis en azote gazeux.

Combustion des combustible fossiles donne du N0 2 g

N0 2 (g) + H20(l) → HN0 2 (aq) Acide urique

N0 2 (g) + H20(l) → HN0 3 (aq) Acide nitrique

La prolifération d’algues

La présence d’azote en trop grande quantité dans les écosystèmes aquatiques entraine une croissance excédentaire d’algues qui meurent rapidement et dont la décomposition consomme une grande partie de l’ 0 2 (g) présent dans l’eau

5-Le cycle du phosphore

ATP et ADN

Absorbé par les racines des végétaux et assimilé dans leurs tissus

Animaux se procurent du phosphore en mangeant les plantes et autres org.

Les plus grandes parties du phosphore se retrouvent au sol sous formes d’excrément d’animaux

De fortes concentrations de phosphore dans les écosystèmes aquatiques = même conséquence qu’avec l’azote= prolifération d’algues

Le cycle de phosphore ne passe pas par l’atmosphère : par l’eau et la terre seulement

Facteurs biotiques (vivant) : plantes, animaux, bactéries,

Facteurs abiotiques (non-vivants) : sol, roches, minéraux, eau, air, la lumière,…

2.3 Le bilan des échanges de matière et d’énergie

• La biosphère n’est pas un système fermé
• Elle n’échange pas un montant important de matière mais il y a un échange constant d’énergie
• Le montant d’énergie solaire agit sur le montant de productivité d’un écosystème

La productivité : la vitesse à laquelle les producteurs d’un écosystème captent l’énergie et l'emmagasinent dans les composés organiques au cours d’une période de temps Unité de mesures de la productivité

*J/m 2 /année

*g/m 2 /année (masse séchée)

*Pergélisol : sol gelé de façon permanente

La composition de l’air est influencé par les activités des organismes

*Les activités humaines perturbent l’équation ou l’équilibre (plus de CO 2 = Effet de serre) *Effet de serre amplifié par la destruction des forêts (moins d’arbres pour convertir CO 2 et le bois en décomposant = ↑ du CO 2 )

*Effet de serre aussi amplifié par la fonte des glaces (moins d’albédo, plus de méthane sort du pergélisol, plus d’effet de serre)

*La destruction de la couche d’ozone par l’utilisation des CFC permet aux rayons UV d’atteindre de plus en plus la surface terrestre. Ceux-ci sont responsables des coups de soleil → cancer de la peau

*L’ozone se forme de 2 façons

• 1.Dans la stratosphère (plus haut que 8-15km d’altitude) Des molécule d’O 2 (g) se combinent pour former O 3 (ozone). Les CFC dégrade O 3
• 2.Dans la troposphère, la pollution cause la formation d’ozone. L’ozone a ce niveau est néfaste pour la santé et l’environnement

Le taux d’humidité influence le taux de productivité

Stromatolithes (figure 2.22 p.56)

• Couches de roches sédimentaires contenant des anciens micro-organismes
• Elles nous aident à déterminer les composantes principales de l’atmosphère au cours de l’histoire
• Jaune→Fe
• Rouge→Fe 2 0 3 →prouve la présence d’O 2 dans l’atmosphère→Prouve la présence d’organismes photosynthétiques

L’Hypothèse Gaïa : James Lovelock dit que la biosphère agit comme un organisme