LE CYCLE DE L’EAU
Malheureusement, la majeure partie de cet élément essentiel est salée ou non potable. 97,40 % se trouve dans les mers et les océans alors que seulement 2,60 % est douce, sans être pour autant potable ou accessible (glace). L’eau est donc extrêmement précieuse malgré son abondance.
Les animaux sont constitués à plus de 70 % d’eau, les végétaux herbacés à plus de 85 %. Comme dans le cas du carbone (Lire Flux et cycles dans la biosphère : cas du carbone), l’eau circule constamment, traversant inlassablement les formes de vie qui se succèdent et décrivant un cycle qui dépendra entièrement du soleil.
- le soleil en est le foyer,
- les océans et les continents en composent la chaudière,
- les couches supérieures froides atmosphériques fonctionnent comme un condensateur.
Le soleil chauffe les eaux du globe, qui s’évaporent en partie avant de se refroidir dans la haute atmosphère et de retomber sous les formes variées des précipitations. Tout dépendra donc de l’intensité du soleil, des températures, de la latitude et de l’altitude.
Malgré un rendement faible -le cycle de l’eau n’utilisant qu’une faible partie de l’énergie fournie par le soleil, le travail accompli est phénoménal : la machine thermique fait la pluie et le beau temps, régit les climats, oriente les courants marins, érode en la sculptant la peau de la Terre, permet la vie extraordinaire des deltas et assure tout bonnement le maintien de la vie sur Terre.
C’est au dessus des océans que le transfert d’eau à l’atmosphère est le plus grand : 450000 km3 d‘eau liquide passe à l‘état de vapeur. L’atmosphère ne pouvant contenir, dans les conditions actuelles, que 13000 km3, cette vapeur retombera presque entièrement sous forme de pluie dans l’océan (410000 km3) ou sur les continents (40000 km3).
Cependant, le cycle se produit également au dessus des continents avec, d’une part, l’évaporation des eaux libres (lacs, cours d’eau…) et, d’autre part, l’évapotranspiration terrestre (animaux, végétaux et sol) ; ce sont ainsi 71000 km3 qui rejoignent les 40000 venant de l’océan par l’atmosphère. Au total, 111000 km3 retombent sur les terres sous forme de pluie, de neige, de grêle… Mais tous les hommes ne sont pas logés à la même enseigne !
Selon la nature du sous-sol, l’eau s’enfonce en profondeur tant qu’elle ne rencontre pas d’obstacles. La stratification géologique importe donc.
En région à substratum calcaire, l’eau s’infiltre dans les fissures de la roche qu’elle attaque d’autant plus qu’elle est froide pour y former des réseaux karstiques. La gestion de l’eau importe beaucoup car elle abonde peu en surface, ce qui la rend d’autant plus fragile face aux pollutions agricoles, domestiques et industrielles.
Toujours est-il que l’ensemble des sources d’eau potable est pollué par les nitrates, les phosphates, les hormones, les antibiotiques, les pesticides, les PCB, les métaux lourds, les bactéries fécales… Une eau ne pouvant plus assurer naturellement (grâce aux végétaux et à ses bactéries aérobies comme anaérobies) son autoépuration est dite eutrophisée, voire dystrophe, avant la mort dans le pire des cas.
La France est passée d’une consommation de 1000 km3 d’eau par an à plus de 5000 aujourd’hui.
Nous verrons que cycle de l’eau et cycle de l’azote sont interdépendants, ce qui est phénomène banal dans la biosphère.
L’eau est un solvant universel doué de propriétés chimiques exceptionnelles. La molécule d’eau est une des plus stables de la biosphère, ce qui, dans l’univers, paraît totalement « anormal »
- de même, l’eau entre en ébullition à 100°C, au lieu de -91°C si elle se comportait « normalement* »
*Ce « normalement » entraînerait sa disparition définitive sous les formes qui permettent la vie sur terre ;
- la vapeur d’eau régule et adoucit le climat, elle le tempère sous nos latitudes ;
Pour finir, l’eau entre dans tous les processus biochimiques rencontrés chez l’ensemble des êtres vivants et c’est parce que l’eau est transparente que la vie sur terre a pu débuter dans les océans primitifs.
LE CYCLE DE L’AZOTE
Dans le cycle de l’azote, ce n’est pas cette forme, ou si peu (1), qui traverse les vivants. L’atome d’azote a d’ailleurs été longtemps négligé car il n’entre pas dans la plupart des réactions biochimiques générales comme la photosynthèse et la respiration ; par ailleurs, l‘étymologie a-zote signifie « privé de vie ». Il est néanmoins indispensable tant pour ce qui est de notre constitution structurelle organique (acides aminés et protéines) que pour ce qui touche à la reproduction (histones, hormones, ADN…) ou au fonctionnement général des organismes.
Malgré la discrétion de cet élément, le cycle de l’azote paraît tout aussi important que ceux du carbone et de l’eau. Je dirais qu’il est plus complexe, c’est pourquoi je n’en parle qu’en troisième lieu et en simplifiant à outrance. Comme le carbone, c’est à la fois un élément de structure et de fonctionnement et c’est un substrat alimentaire.
Cas de l’azote moléculaire :
- l’azote moléculaire est en faible part transformé en azote nitrique (NO2 / NO3) par mécanisme électrochimique lors d’orages à éclairs, ou par phénomène photochimique sous l’influence des ultraviolets (UV) solaires : c’est l’entrée par voie abiotique (sans les vivants) qui apporte au sol environ 10 kg/ha/an ;
- mais N2 entre aussi par la voie biotique (grâce à l’activités des microorganismes) :
* Les bactéries libres, qu’elles soient du milieu terrestre (Azotobacter, Clostridium…) ou aquatiques (cyanobactéries), peuvent produirent jusqu’à 25 kg/ha/an d’azote nitrique assimilable par les végétaux (algues, herbacées, arbres…),
(2) La symbiose entre des individus biologiquement très différents permet des échanges à effets bénéfiques pour chaque symbionte : les bactéries apportent l’azote organique au végétal qui leur fournit « en échange » des sucres et d’autres substances que les bactéries ne savent pas synthétiser.
C’est donc essentiellement sous sa forme minérale nitrifiée que l’azote entre et sort des circuits de la vie, très peu sous forme de gaz N2 directement.
Tous ces microorganismes pourvoient pour une petite partie au fonctionnement du cycle en l‘alimentant en nitrates (NO3- = nutrition azotée préférée du végétal).
La décomposition de la matière organique et la production d’azote minéral :
Dans un premier temps, ces structures sont transformées et simplifiées en ions ammonium (NH4+) et nitrates (NO3-), eux-mêmes incorporés à l’humus (humification due à des bactéries et des champignons) qui est une réserve de nutriments pour les plantes. Les végétaux interceptent une partie des ions azotés.
Dans un second temps et en fonction de la saison, cet humus est re-minéralisé, par de nouvelles bactéries du sol, en azote nitrique assimilable par la végétation ; les animaux consommeront ces végétaux et le cycle ne s‘arrête jamais… le même phénomène se produisant dans les océans.
Cette partie du cycle est de loin la plus importante et une stérilisation, même partielle, de la microflore du sol peut avoir de graves conséquences pour le fonctionnement des écosystèmes. C’est donc le maillon faible du cycle de l’azote.
2 millions en trop de tonnes de nitrates sont apportés aux cultures, nitrates que l’on retrouve dans les eaux de consommation alimentaire.
Chez les nourrissons, les nitrates absorbés sont transformés par la flore intestinale en nitrites qui se combinent à l’hémoglobine, pouvant entraîner la mort par asphyxie.
Chez l’adulte, il semblerait que la formation de nitrosamines est cancérigène.
LE CYCLE DE L’OXYGENE
Je rappelle que la respiration, en présence d’oxygène, permet de « brûler » les sucres fabriqués par la photosynthèse (lire Flux et cycles dans la biosphère : cas du carbone). C’est une combustion froide qui se passe dans les mitochondries des cellules végétales et animales. La respiration produit du gaz carbonique qui est repris par la photosynthèse. Ces deux processus complémentaires régissent toute l’organisation de la vie sur terre.
Gaz biogène (qui génère la vie) comme le dioxyde de carbone (gaz carbonique), l’oxygène est produit essentiellement par les végétaux chlorophylliens terrestres et marins. Lorsque nous détruisons une forêt pour y installer des cultures vivrières, nous faisons baisser le taux d’oxygène de l’air et augmenter celui du gaz carbonique, principale cause de l’emballement thermique appelé « effet de serre ».
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