Les cycles bio-géochimiques

2. Qu'est-ce qu'un cycle bio-géochimique ?

Il y a une centaine d’éléments chimiques importants pour le monde vivant dont une quarantaine sont indispensables à la vie. Ces éléments sont en perpétuels mouvements et traversent tous les compartiments du globe terrestre : atmosphère, océan, biosphère, lithosphère. Dans chaque compartiment, ils peuvent prendre différentes formes chimiques. 

Prenons l’exemple de l’azote :

• sous forme gazeuse dans l’atmosphère majoritairement sous forme de diazote (N₂), 
• sous forme de nitrates dans les eaux 
• sous forme d’ADN ou de protéines dans la biosphère.

Les mouvements des éléments d’un compartiment à un autre sont le fait de mécanismes biologiques, chimiques ou physiques. Ainsi, un processus essentiel comme la photosynthèse réalisée par les végétaux pompe du CO₂ dans l’atmosphère pour le transformer en constituants de ces organismes, ce carbone organique intègre alors le compartiment biosphère. Réciproquement, la décomposition de la matière organique d’un sol transfère le carbone vers l’atmosphère sous forme de CO₂.

Ces mouvements sont décrits au travers de cycles biogéochimiques. Ces cycles sont imbriqués les uns dans les autres. En effet, pour faire la photosynthèse, les végétaux n’utilisent pas seulement du dioxyde de carbone mais aussi de l’eau pour produire de la matière organique et de l’oxygène. Ce seul processus biologique implique donc les cycles de l’eau, du carbone et de l’oxygène. Ainsi, ces cycles biogéochimiques et la nature de leur synchronisation régulent la composition des éléments dans les différents compartiments du globe terrestre. Cela permet le maintien de taux globalement constants d’un élément donné dans chacun des compartiments et confère une certaine stabilité au système Terre.

Pour illustrer la régulation par les cycles biogéochimiques, prenons l’exemple de la salinité des océans. 

• L’érosion des continents par les rivières déverse dans les océans des particules, dont les ions sodium et chlorures, des éléments qui constituent le sel des océans. Les eaux de rivière sont très peu salées, (10 mg/L) mais année après année, à l’échelle des millions d’années, elles amènent des quantités de sel qui devraient augmenter la salinité des océans s’il n’y avait un cycle de sel pour la réguler. 
• Or, les données biologiques et paléontologiques montrent que la salinité des océans a très peu varié au cours des dernières centaines de millions d’années. Comment le sel est-il éliminé des océans ? Dans certains milieux particuliers très secs, le sel peut précipiter mais les chercheurs ont montré que c’est par voie atmosphérique qu’une partie du sel est éliminée. 
• A la surface des océans et des mers, les microbulles d’air qui éclatent entraînent des microgouttes d’eau qui voyagent dans l’atmosphère. L’eau s’évapore et des microcristaux de sel se forment, sont transportés sur des milliers de km avant de se redéposer sur les continents.