Le cycle du carbone, un atome si important

« Carboneutre, empreinte carbonique nulle, bilan de carbone positif : voilà les nouvelles vertus mesurées à l’aune des préoccupations environnementales, en ce début de troisième millénaire »… Tu as sûrement déjà entendu ce genre de charabia écologique. En quoi cet atome, le carbone, est-il si important dans la lutte aux changements climatiques? Et pourquoi se retrouve-t-il à la fois dans la composition de toutes les molécules essentielles aux êtres vivants et de certaines pierres, comme le diamant? C’est ce qu’on comprend lorsqu’on étudie le cycle du carbone, qui décrit les échanges de cet élément qui ont lieu sur la planète.  

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En premier, le carbone

Le carbone (C), c’est le quatorzième élément le plus abondant sur la planète et le quatrième dans l’univers. DONC, on en trouve déjà beaucoup autour de nous, mais on en trouve encore PLUS ailleurs dans l’espaceeeeee. Il tient son nom du charbon, dont il est le principal composant. Le carbone peut exister sous forme gazeuse, dissoute dans l’eau, ou sous forme minérale. Il est assez social : il peut faire plusieurs liaisons avec des atomes différents. Il affectionne particulièrement l’hydrogène avec qui il s’associe pour former plusieurs molécules*. ♥‿♥

Dans la nature, il existe deux types de molécules de carbone. Celui qui fait partie des êtres vivants, on l’appelle le carbone organique. On le retrouve dans des molécules complexes : protéines, lipides, glucides. Ces molécules, si tu as déjà regardé des tableaux de valeurs nutritives (comme ceux sur ta boîte de céréales), font partie de ce que l’on mange. Le carbone inorganique, pour sa part, n’est pas lié aux organismes vivants. Les gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (CO₂) et le méthane (CH₄) par exemple contiennent du carbone inorganique.  

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Un cycle complexe

Le cycle du carbone, c’est plutôt compliqué. Pour commencer, il est présent dans quatre sphères : la biosphère, l’hydrosphère, la lithosphère et l’atmosphère. (Tu n’as rien compris de toutes ces sphères? Pas de panique! On y revient plus loin.) Le carbone circule entre ces réservoirs en fonction des mécanismes et des réactions qui se produiront tout au long du cycle. Parmi ceux-ci, certains sont très rapides, d’une dizaine d’années seulement, et d’autres sont très lents, allant jusqu’à des centaines de millions d’années.  

La biosphère, c’est l’ensemble des êtres vivants de la planète. Le carbone est présent dans les plantes, les forêts, les animaux, et même dans les sols! Grâce à la photosynthèse, qui se déroule autant en milieu terrestre qu’en milieu aquatique, le carbone passe d’une forme inorganique à une forme organique : l’énergie du soleil est utilisée pour transformer le CO₂ en glucose (ou sucre) qui servira à la fabrication des tissus végétaux, tout en produisant de l’oxygène. Ensuite, lorsque des animaux mangent des plantes, le carbone se transfère tout au long de la chaîne alimentaire!  

Le processus contraire est réalisé lors de la respiration. Les êtres vivants rejettent alors une partie du carbone qu’ils ingèrent sous forme inorganique. Le reste est éliminé sous forme organique dans les déchets : urines, selles, organismes morts. C’est alors au tour des décomposeurs comme les micro-organismes d’entrer en jeu! Ils décomposent cette matière organique, ce qui produit du CO₂, et en absence d’oxygène, ils la fermentent pour donner du CH₄. On en trouve, entre autres, dans le sol où ils s’attaquent à des résidus végétaux et animaux à différents stades de décomposition. Ils peuvent même capter (ou stocker) le carbone dans la matière organique du sol, comme dans la tourbe produite par les tourbières! Aussi, des évènements, tels que des feux de forêt, peuvent libérer rapidement le carbone contenu dans les plantes.  

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Le cycle se poursuit

Le carbone est présent sous forme dissoute dans l’hydrosphère, qui constitue l’ensemble de l’eau présente sur la terre. Le carbone est dissous dans l’océan grâce à une réaction entre le carbone, la molécule d’eau et le calcium pour devenir du carbonate de calcium (CaCO₃). Lorsque des organismes marins vivants immobilisent le carbone sous forme minérale dans leurs coquilles et leurs squelettes, ils fixent le carbone. Oui oui, tu as bien lu. Certaines espèces marines, comme le corail ou les crustacés, utilisent le carbone pour constituer leur squelette. Petite parenthèse : l’accumulation des squelettes de plusieurs organismes marins au fond de l’océan au fil du temps donnera lieu au phénomène de la sédimentation.  

La lithosphère, c’est l’enveloppe de la terre, la couche externe solide, dont fait partie la croûte terrestre. On peut retrouver le carbone dans des sédiments ou des roches calcaires. Il peut aussi se cacher dans des roches carbonées fossiles (ou combustibles fossiles) provenant des êtres vivants, tels que le charbon ou le pétrole.** Le volcanisme permet de libérer le carbone et laisse échapper du CO₂ ainsi que du CH₄ dans l’atmosphère.  

L’enveloppe gazeuse qui entoure la terre, comme tu le sais déjà probablement, c’est l’atmosphère. Le carbone y est présent en faible quantité sous forme de CO₂ et de CH₄. Cependant, plus la proportion de ces molécules augmente dans l’atmosphère, plus on accélère les changements climatiques actuels.  

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Et que fait l’humain?

Les activités humaines, par la combustion d’éléments fossiles, l’élevage ou la déforestation, perturbent le cycle du carbone en rejetant davantage de gaz dans l’atmosphère de manière non naturelle. L’équilibre biologique est bouleversé, l’effet de serre est renforcé et le changement climatique que l’on connait aujourd’hui est accéléré. En effet, avant l’ère industrielle, le cycle du carbone était équilibré. Aujourd’hui, le carbone est utilisé à une vitesse telle qu’il n’a pas le temps de se fixer. (Rappelons-nous : il peut être utilisé dans la photosynthèse et présent dans la matière organique des plantes et des animaux, dissous dans l’océan, entreposé dans les sédiments marins ou les sols terrestres ou encore enfoui dans les roches sédimentaires, comme c’est le cas pour le charbon ou le pétrole**.) C’est pourquoi il y a un surplus de carbone dans l’atmosphère et qu’on tente de réduire, tant bien que mal, nos émissions de carbone…  

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NOTES

* Une molécule, c’est une association de plusieurs atomes.

** Tu as bien compris. Pétrole, charbon et schistes proviennent en réalité de matières organiques enfouies dans des sédiments il y a des millions d’années! On t'en parle ici.

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Par Andréanne, éducatrice-naturaliste senior et coordonnatrice des activités Charlevoix

Sources images : Pexel, GUEPE, Lee R. Berger, Pixabay