Cycle de nutriments sciences 10

1. 2.2 Les cycles de nutriments dans les
écosystèmes
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•
•
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
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

2. Les cycles des nutriments:
Le cycle du carbone
•
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.
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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.
Voir pages 71 - 72
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

3. 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
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

4. Les cycles des nutriments:
Le cycle du carbone (suite)
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

5. Les cycles des nutriments:
Le cycle du carbone (suite)
• Plusieurs activités humaines influencent le cycle du carbone.
 Depuis le début de la révolution industrielle il y a 160 ans, les quantités de CO 2
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 CO 2.
 Les plantes cultivées enlèvent
moins de carbone de l’atmosphère
que ne le font les plantes naturelles.
Voir page 77
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

6. 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 (PO43–, 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 pages 83 la84
Voir exposer roche à la météorisation chimique et physique.
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

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

8. 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.
• 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
Voir page 85
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

9. Les cycles des nutriments:
Le cycle de l’azote
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•
•
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’azote
2. La nitrification
3. L’assimilation
Voir page 78
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

10. 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
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

11. Les cycles des nutriments:
Le cycle de l’azote (suite)
2. La nitrification a lieu lorsque des bactéries nitrifiantes du sol convertissent
l’ammonium en nitrate.


3.
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.
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 leu
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
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

12. Les cycles des nutriments:
Le cycle de l’azote (suite)
•
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.
Voir page 81
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

13. Les cycles des nutriments:
Le cycle de l’azote (suite)
•
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
(c) McGraw Hill Ryerson 2007

14. Les effets des changements liés aux cycles de
nutriments sur la biodiversité
• 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.
Voir pages 86 - 87
(c) McGraw Hill Ryerson 2007