Chapitre 2.2: Les cycles de nutriments

(c) McGraw Hill Ryerson 2007

2.2 Les cycles de nutriments dans les écosystèmes

• Les nutriments sont des substances chimiques nécessaires à la croissance et autres processus vitaux. Les nutriments se déplacent dans la biosphère grâce à des cycles de nutriments ou des

échanges. Les nutriments qui s’accumulent dans certaines régions se nomment des réservoirs. Normalement, la quantité de nutriments qui entre dans un réservoir est égale à la quantité

de nutriments qui en sort. • Les activités humaines peuvent influer l’équilibre naturel des cycles de nutriments.

Le défrichage, l’agriculture, l’expansion urbaine, l’exploitation minière, l’industrie et le transport motorisé peuvent tous augmenter les quantités de nutriments plus rapidement que ce que les réservoirs peuvent absorber.

Les excès de nutriments dans la biosphère peuvent avoir des conséquences importantes. • Il y a 5 éléments nécessaires à la vie:

Les cycles du carbone, de l’hydrogène, de l’oxygène et de l’azote cycle entre le monde du vivants et l’atmosphère.

Le cycle du phosphore dans les roches sédimentaires.

Voir pages 68 - 70


• Les cellules de tout être vivant contiennent des milliards d’atomes de carbone Le carbone est une composante essentielle des réactions chimiques qui soutiennent

la vie. • Le carbone peut être mis en réserve à plusieurs endroits.

Les réservoirs à court terme de carbone se trouvent dans les organismes terrestres et aquatiques, les matières organiques au sol et dans le CO2 de l’atmosphère et dans les couches supérieures de l’océan.

Les réservoirs à long terme de carbone se trouvent dans les eaux intermédiaires et profondes de l’océan sous forme dissoute, les gisements de charbon, les gisements pétroliers et gaziers et dans les sédiments marins.

• La roches sédimentaires et les sédiments marins sont les plus grands réservoirs à long terme de carbone. Les particules de sols et la matière organique en décomposition s’accumulent en

couches au sol ou au fond des océans. Lentement, après de nombreuses années et sous grande pression le charbon, le

pétrole et le gaz naturel se forment. Les couches de coquillages forment aussi des dépôts de sédiments qui se transforme

en carbonate puis en calcaire. • Les réservoirs de carbones sont aussi appelés puits de carbone.

Les cycles des nutriments:Le cycle du carbone

Voir pages 71 - 72


Les cycles des nutriments:Le cycle du carbone (suite)

• Le carbone est recyclé dans les écosystèmes de plusieurs façons: Photosynthèse: les plantes (producteurs) utilisent l’énergie du soleil pour et le

carbone de l’atmosphère (CO2) pour produire des glucides (sucres). CO2 + H2O + énergie (lumière solaire) C6H12O6 + O2 La photosynthèse a aussi lieu dans les cyanobactéries et les algues.

Respiration cellulaire: les consommateurs convertissent les glucides et l’oxygène en énergie. C6H12O6 + O2 CO2 + H2O + énergie L’énergie libérée est utilisée pour la croissance, les réparations et la reproduction.

Décomposition: les décomposeurs convertissent la cellulose en CO2 La cellulose est un glucide que la plupart des organismes ne peuvent pas

dégrader. Processus océaniques: le CO2 est dissout dans l’eau nordique froide et se met à

couler. Les courants océaniques se dirigent vers les tropiques où l’eau réchauffée monte

et libère le CO2 Ce processus est appelé mélange des eaux océaniques.

Eruptions volcaniques et feux- les éruptions volcaniques relâchent du CO2

Les feux de forêts relâchent aussi du CO2 Voir pages 73 - 76



• Plusieurs activités humaines influencent le cycle du carbone. Depuis le début de la révolution industrielle il y a 160 ans, les quantités de CO2

ont augmenté de 30% à cause de l’utilisation de combustibles fossiles. L’augmentation de CO2 dans les 160 000 années précédentes était de 1-3% Le carbone sort des réservoirs à long terme plus rapidement que sa

capacité naturelle le permettrait lorsqu’on extrait le charbon, le pétrole et le gaz naturel.

Le CO2 est aussi un gaz à effet de serre qui enferme la chaleur dans l’atmosphère.

Le défrichage nécessaire à l’agriculture et l’expansion urbaine réduit le nombre de plantes qui absorbent et convertissent le CO2. Les plantes cultivées enlèvent moins de carbone de l’atmosphère que ne le font les plantes naturelles.

Voir page 77


Les cycles des nutriments:Le cycle du phosphore

• Le phosphore est essentiel à une variété de processus vitaux. Le phosphore fait partie de la molécule qui transporte l’énergie dans les cellules

vivantes. Le phosphore contribue au développement des racines des plantes, au renforcement

de la tige et à la production des graines. Dans les animaux, le phosphore et le calcium sont importants pour les os .

• Le phosphore n’est pas entreposé dans l’atmosphère. Il est plutôt piégé dans le phosphate (PO4

3–, HPO42–, H2PO4

–) qui forme la roche phosphatée et les sédiments des fonds marins.

• La météorisation libère le phosphate dans le sol. La météorisation est le processus de dégradation de la roche en petits fragments. La météorisation chimique, via la pluie acide ou les lichens libèrent des phosphates. La météorisation physique comme le vent, la pluie ou le gel libèrent des particules de

roches et de phosphates dans le sol. Les phosphates sont ensuite absorbés par les plantes, qui sont ensuite mangés par

les animaux. La météorisation n’a pas lieu s’il n’y a pas de soulèvement géologique pour exposer la

roche à la météorisation chimique et physique. Voir pages 83 - 84

Les cycles des nutriments:Le cycle du phosphore (suite)


Les cycles des nutriments:Le cycle du phosphore (suite)

• Les humains ajoutent du phosphore excédentaire à l’environnement en fabriquant des engrais et des détergents. Le phosphore excédentaire entre dans l’écosystème plus rapidement qu’il n’est

emmagasiné dans les réserves naturelles.

Voir page 85

• Les humains peuvent aussi réduire les réserves de phosphore. La déforestation et brûler les forêts enlève le phosphore des arbres et le

phosphore de cendre retourne dans les cours d’eau.

Cycle de l’azote et du phosphore:

http://www.youtube.com/watch?v=lXsAP3G1a5Y&feature=related


Les cycles des nutriments:Le cycle de l’azote

• L’azote est une composante importante de l’ADN et des protéines Chez les animaux, les protéines sont indispensables aux fonctions musculaires Chez les plantes, l’azote est important pour la croissance.

• Le plus grand réservoir d’azote est dans l’atmosphère sous forme de N2. Environ 78% de l’atmosphère terrestre est composé de N2 gazeux. L’azote est aussi mis en réserve dans l’océan et dans le sol sous forme de matière organique De petite réserve d’azote sont retrouvés dans les écosystèmes terrestres et dans les lacs et marais.

• L’azote est transféré grâce à des processus impliquant les plantes.

1. La fixation de l’azote2. La nitrification3. L’assimilation

Voir page 78


Les cycles des nutriments:Le cycle de l’azote (suite)

1. La fixation de l’azote est la conversion du N2 gazeux en composé contenant du nitrate (NO3

–) ou de l’ammonium (NH4+)

Les composés contenant du nitrate et de l’ammonium peuvent être utilisés par les plantes.

La fixation de l’azote se fait à 3 endroits:

A. Dans l’atmosphère – Les éclairs fournissent l’énergie nécessaire pour que le N2 gazeux réagisse avec le O2 gazeux pour former des nitrates et des composés azotés. Ces composés entre dans le sol grâce à la pluie. Ce processus permet la fixation que d’une petite quantité d’azote.

B. Dans le sol- des bactéries fixatrices d’azote comme le Rhizobium convertissent le N2 gazeux en ions ammonium. Ces bactéries vivent sur les nodules des racines de légumineuses La plante donne du sucre aux bactéries et la bactérie donne de l’azote à la plante.

C. Dans l’eau – certaines espèces de cyanobactéries convertissent aussi le N2 en ion ammonium durant le processus de la photosynthèse.



2. La nitrification a lieu lorsque des bactéries nitrifiantes du sol convertissent l’ammonium en nitrate. L’ammonium est d’abord converti en nitrite (NO2

–), puis en nitrate. Des décomposeurs peuvent aussi libérer l’azote des animaux morts et de l’urée.

3. Quand le nitrate est disponible, il entre dans les racines des plantes (l’assimilation) Les nitrates sont incorporés dans les protéines des plantes. Les herbivores mangent ensuite les plantes et utilisent leur azote pour la synthèse de leur

ADN et de leurs protéines. • L’azote est retourné à

l’atmosphère via la dénitrification. Les nitrates sont convertissent en N2

grâce à des bactéries dénitrifiants. Le N2 retourne aussi dans l’atmosphère

lors des éruptions volcaniques.

Voir page 80



Voir page 81

• Les excès d’azote se dissouent dans l’eau de pluie et entre dans les cours d’eau puis se déposent dans les sédiments au fond des lacs et des océans et n’est alors plus disponibles.



• Les activités humaines influencent aussi le cycle de l’azote À cause des activités humaines, la quantité d’azote dans l’écosystème a doublé durant les

50 dernières années. La combustion des combustibles fossiles et le traitement des égouts libèrent de grande

quantité d’oxyde d’azote (NO) et de dioxyde d’azote (NO2).

Les feux de forêt entraînent aussi la libération de composés azotés qui augmentent la quantité de pluies acides en produisant de l’acide nitrique (HNO3).

Les agriculteurs utilisent des engrais chimiques qui contiennent beaucoup d’azote

Les excès d’azote sont lessivés dans les cours d’eau (lessivage). • Ces quantités accrues d’azote entraînent la croissance des algues, processus

nommé eutrophisation (la décomposition de plantes causé par des nutriments en excès)

• Ces algues utilisent tout le CO2 et le O2 ce qui bloque la lumière du soleil et tue ainsi plusieurs organismes aquatiques.

• Les pluies acides peuvent aussi causer l’eutrophisation. Voir pages 82 - 83


Les effets des changements liés aux cycles de nutriments sur la biodiversité

Voir pages 86 - 87

• Chaque changement dans un des cycles des nutriments (C, H, O, N ou P) peut avoir un grand impact sur la biodiversité.

Les changements au cycle du carbone contribuent aux changements climatiques Les changements dans la température et dans le niveau de l’eau peuvent

affecter drastiquement un écosystème. Les changements influencent tous les autres organsimes de la chaîne alimentaire.

Des concentrations élevées d’azote peuvent permettre à certaines plantes de supplanter d’autres espèces, réduisant ainsi les ressources pour tous les autres espèces de la chaîne alimentaire.

Des concentrations réduites de phosphore peuvent inhiber la croissance de certaines algues qui sont de très importants producteurs dans la chaîne alimentaire et donc nuire à tous les consommateurs.

Chapitre 2.2: Les cycles de nutriments

Education

Transcript of Chapitre 2.2: Les cycles de nutriments