Cycles Biogéochimiques

Cycle de l’Eau (Hydrologique)§

Processus

• Évaporation : océans, lacs, sols → vapeur
• Transpiration : plantes → vapeur (évapotranspiration)
• Condensation : vapeur → nuages
• Précipitation : pluie, neige
• Ruissellement : surface → rivières → océans
• Infiltration : eau → nappes phréatiques

Réservoirs

• Océans : 97%
• Glaces : 2%
• Eau douce liquide : 1% (dont majorité souterraine)

Perturbations Humaines

• Déforestation : ↓ évapotranspiration, ↑ ruissellement
• Barrages : modification flux naturels
• Surexploitation nappes : épuisement aquifères
• Imperméabilisation sols (villes) : ↓ infiltration

Cycle du Carbone§

Processus

• Photosynthèse : CO₂ atmosphère → matière organique (plantes)
• Respiration : matière organique → CO₂ (tous organismes)
• Décomposition : matière organique morte → CO₂ (bactéries, champignons)
• Combustion : matière organique → CO₂
• Dissolution : CO₂ atmosphère ↔ océans (équilibre chimique)
• Sédimentation : carbonates, fossiles → roches (long terme)

Réservoirs

• Atmosphère : 800 GtC (gigatonnes carbone)
• Océans : 38 000 GtC (surface + profondeur)
• Sols et végétation terrestre : 2 500 GtC
• Combustibles fossiles : 4 000+ GtC
• Roches sédimentaires : >60 000 000 GtC (long terme)

Perturbations Anthropiques

• Combustion fossiles : +9-10 GtC/an dans atmosphère
• Déforestation : libération carbone sols/végétation
• Agriculture : ↓ carbone sols
• Résultat : 280 ppm CO₂ (ère préindustrielle) → 420 ppm (2023)
  • Océans absorbent ~25% → acidification
  • Végétation absorbe ~25%
  • 50% reste atmosphère

Cycle de l’Azote§

Processus

• Fixation : N₂ atmosphère → NH₃/NH₄⁺
  • Bactéries (Rhizobium, cyanobactéries)
  • Foudre, industrie (Haber-Bosch)
• Nitrification : NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻ (bactéries)
• Assimilation : NO₃⁻ → protéines (plantes, algues)
• Ammonification : matière organique → NH₄⁺ (décomposition)
• Dénitrification : NO₃⁻ → N₂ (retour atmosphère, bactéries anaérobies)

Perturbations Humaines

• Engrais synthétiques (Haber-Bosch) : doublement fixation azote
• Conséquences :
  • Eutrophisation : algues → zones mortes (Golfe du Mexique, Baltique)
  • Émission N₂O (gaz à effet de serre, 300× CO₂)
  • Acidification sols
  • Pollution nappes (nitrates)

Cycle du Phosphore§

Caractéristiques

• Pas de phase gazeuse (atmosphère)
• Cycle très lent : roches → sols → organismes → sédiments → roches
• Érosion roches → phosphates solubles → plantes → animaux → décomposition
• Sédimentation océans → roches sédimentaires (millions d’années)

Limitation

• Souvent facteur limitant (lacs, océans)
• Extraction minière : engrais (réserves limitées, peak phosphorus)

Perturbations

• Engrais : eutrophisation lacs
• Érosion sols agricoles : pertes

Cycle du Soufre§

Processus

• Volcans, sources hydrothermales → SO₂ atmosphère
• Décomposition matière organique → H₂S
• Oxydation → SO₄²⁻ (sulfates, pluies)
• Assimilation plantes, algues
• Sédimentation (pyrite FeS₂)

Perturbations

• Combustion fossiles (charbon) → SO₂ → pluies acides
  • Acidification lacs scandinaves (1970-80)
  • Règlementation : amélioration