Le cycle du carbone : un élément essentiel à toute forme de vie

Ça vient d’où, le carbone ?

Le carbone présent sur terre, de même que sur les autres planètes, proviendrait de l’explosion d’une étoile avant même la formation du système solaire ✨. Les débris, poussières et nuages de gaz issus de cette explosion se sont ensuite agrégés jusqu’à former les planètes que nous connaissons. Autant dire que ça fait un sacré bail ! Cet élément chimique est produit par fusion nucléaire de l’hydrogène au cœur des étoiles. Ce carbone initial passe depuis dans différents milieux, et circule de l’un à l’autre en permanence. Avant l’apparition de la photosynthèse, qui a pour effet de libérer l’oxygène, le CO2 était l’une des composantes principales de l’atmosphère 😶‍🌫️.

C’est quoi, le cycle du carbone

En fait, le carbone est indispensable à toute forme de vie sur terre 🌱 : tous les êtres vivants sont construits à partir d’atomes de carbone. Mais au-delà de ça, le carbone est stocké dans plusieurs réservoirs naturels, tels que :

• L’atmosphère, constituée par la couche de gaz qui entoure notre planète,
• Les sols, sous-sols et les roches, autrement dit la lithosphère,
• Les océans, et plus généralement l’hydrosphère qui occupe 70% de la surface terrestre,
• Et la biosphère, c’est-à-dire l’ensemble des organismes vivants et leurs milieux de vie.

Entre ces différents réservoirs, interviennent des échanges que l’on quantifie par des flux : c’est l’ensemble de ces échanges qui constitue le cycle du carbone sur notre planète 🌍. Parmi ces flux, on peut dissocier les flux naturels de carbone des flux liés aux activités anthropiques : c’est-à-dire de nos activités.

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Au sein même de ce que l’on désigne sous le terme de cycle de carbone, on peut dissocier les cycles à long terme des cycles à court terme :

• Les végétaux (plantes et algues) et certaines bactéries, par le mécanisme de la photosynthèse 🌳, puisent du CO2 atmosphérique au moyen de l’énergie solaire. Lorsque nous respirons, ou lorsqu’un corps se décompose, du CO2 est restitué à l‘atmosphère. C’est ce qu’on peut désigner sous le terme de cycle court du carbone.
• À long, voire très long terme, le cycle géologique est bien plus lent : le carbone est stocké sous forme calcaire (en provenance des coquilles d’organismes marins) et d’hydrocarbures fossiles (par enfouissement de sédiments organiques). On parle là de plusieurs millions d’années.

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Les réservoirs de carbone

Les grands réservoirs naturels dans lesquels le carbone est stocké, et entre lesquels il circule sont les suivants :

• L’atmosphère, dans lequel il se dégage sous forme de gaz carbonique ou dioxyde de carbone CO2, notamment lors d’éruptions volcaniques.
• Les Océans, qui contiennent environ 50 fois plus de carbone que l’atmosphère. 👉 Comment protéger les océans ? A nous de jouer !
• La biomasse océanique, c’est-à-dire les êtres vivants évoluant dans les Océans, contient également du carbone, sous forme de plancton et de bactéries principalement.
• La végétation terrestre, qui joue un rôle important sur le stockage du carbone sous forme visible de végétation mais aussi sous forme d’humus dans le sol, notamment en ce qui concerne les forêts boréales.
• Les débris organiques du sol, c’est-à-dire l’humus, justement 🪵 🍂.
• Le carbone fossile, en partie exploitable par l’homme (hydrocarbures – gaz et pétrole – et charbon). Une faible proportion du carbone organique marin s’accumule en effet dans les sédiments océaniques, s’y décompose lentement jusqu’à former des hydrocarbures plusieurs millions d’années plus tard, tandis que le charbon, de son côté, est d’origine terrestre.  
• Les roches calcaires (qui composent notamment de grandes formations géologiques telles que le Bassin parisien, ou encore le Grand Canyon du Colorado) ou les roches sédimentaires carbonatées.

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Les principaux flux de carbone

Ce carbone n’est pas figé et circule en permanence de l’un à l’autre des réservoirs naturels précités, suivant un cycle immuable. Une petite merveille de la nature qui connaissait jusqu’à récemment (à l’échelle de l’histoire de la planète) un équilibre parfait ⚖️.

Il existe des échanges, dans un sens comme dans l’autre, entre les deux grands réservoirs constitués par l’atmosphère et les océans, qui visent à atteindre un équilibre des rapports de concentration. L’eau profonde, riche en CO2, remonte et se réchauffe, ce qui entraîne un phénomène de dégazage dans les régions équatoriales. À l’inverse, dans les zones polaires, le refroidissement des eaux de surface entraîne une dissolution du CO2, ces deux mécanismes étant à peu près équilibrés.

Nous devons au réservoir constitué par la végétation l’un des flux les plus importants de carbone : la photosynthèse, qui capte du CO2 dans l’atmosphère, ce flux étant presque complètement compensé par le CO2 rejeté par la respiration, par la décomposition des matières organiques et par les feux, notamment de forêt. Il est à noter que la photosynthèse des micro-organismes peuplant les océans, le phytoplancton, participe aussi à cette production primaire.

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Un cycle perturbé par l’homme

On s’en serait douté, le cycle du carbone est grandement perturbé par les activités humaines depuis le début de l’ère industrielle qui sont venues bousculer l’équilibre établi, jetant une sacrée poignée de cailloux dans ce bel engrenage. Les combustibles fossiles sont brûlés 🔥 pour produire de l’électricité, pour chauffer nos intérieurs ou faire rouler nos voitures. La combustion de ces ressources fossiles court-circuite ce cycle initialement lent et bien rodé, et injecte du CO2 de cycle long dans le cycle court, dépassant largement les possibilités de régénération naturelle 🤯 : ça va beaucoup trop vite, et le CO2 atmosphérique s’accumule, ce qui cause le fameux réchauffement climatique lié à l’effet de serre, et l’acidification des océans qui met en péril la synthèse du squelette calcaire du corail… 👉 Qu'est-ce que le Corail ? Pourquoi est-il si important ?

Le changement d’usage des terres qui s’est traduit par une déforestation massive pèse également lourd dans la balance 🪚 : les émissions de CO2 par la déforestation contribuent pour 25% au taux d’augmentation des gaz à effet de serre.

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De même, la production de ciment libère le carbone du calcaire. Ces flux ne sont réabsorbés qu’à hauteur de 50% et dépassent largement les capacités de résilience de notre terre… C’est ainsi qu’en 150 ans, la quantité de CO2 dans l’atmosphère a augmenté de 80%, nous menant tout droit à la crise climatique actuelle.

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Sources : eduscol.education.fr, encyclopedie-environnement.org, unil.ch, missionenergie.goodplanet.org