Cycle biogéochimique du carbone

[ Sujet : ] - [ Date : 20 juin 2010 à 16:45 ]

Exp 1 : Un fragment d'être vivant autotrophe est placé (à la lumière) durant 48 heures dans un tube à essai fermé contenant du rouge de Crésol. (Expérience déjà réalisée, lecture directe du résultat)

Exp 2 : Un fragment d'être vivant hétérotrophe est placé (à la lumière) durant 48 heures dans un tube à essai fermé contenant du rouge de Crésol. (Expérience déjà réalisée, lecture directe du résultat)

Exp 3a : Ajouter dans un tube à essai contenant de l'eau bouillie laissée 48 heures à l'air libre quelques gouttes d'eau de chaux pour y observer un éventuel précipité.

Exp 3b : Ajouter dans un tube à essai contenant de l'eau fraîchement bouillie quelques gouttes d'eau de chaux pour y observer un éventuel précipité.

Exp 4 : Mettre dans un premier tube à essai 1 à 2 cm d'eau de chaux puis, dans un second tube, un morceau de craie (calcaire). Déposer quelques gouttes d'acide (HCl) sur la craie et fermer RAPIDEMENT le tube avec le dispositif à dégagement (bouchon + tube fin coudé) en faisant barboter l'extrémité du tube à dégagement dans l'eau de chaux du premier tube à essai. Observer.

Info 1 : Les roches silicatées ne sont pas totalement solubles dans l’eau. Elles sont altérées de façon différentielle… L’eau, acide car chargée de CO₂ dissous, attaque les silicates situés dans et sous le sol. Si l’on prend le plus fréquent des silicates de la croûte, le plagioclase, on peut résumer le bilan de son altération de la façon suivante : 

2 Al₂Si₂O₈Ca + 4 CO₂ + 6 H₂O → 2 Ca⁺⁺ + 4 HCO₃^-  + Si₄O₁₀Al₄(OH)₈   

(Al₂Si₂O₈Ca étant le plagioclase (anorthite) et Si₄O₁₀Al₄(OH)₈ l'argile produite (kaolinite) par altération)

Info 2 : Le carbonate de calcium (CaCO₃), principal constituant des roches calcaires, se forme dans les milieux aquatiques (le plus souvent dans l'eau de mer). Ils résultent de la précipitation d'ions dissous. Cette précipitation suit la réaction :

Ca₂⁺⁺ + 2(HCO₃^-) → CaCO₃ + CO₂ + H2O. Cette équation est réversible.

Cette précipitation est facilitée par les organismes à coquille ou carapace (mollusques, oursins, coraux, algues planctoniques...), par la respiration des êtres vivants et par le brusque dégazage des eaux.

Info 3a : Dans un écosystème, les liens qui unissent les espèces sont le plus souvent d'ordre alimentaire. On distingue trois catégories d'organismes :

- les producteurs. Ce sont surtout les végétaux chlorophylliens, capables, grâce à la photosynthèse, de fabriquer de la matière organique à partir de dioxyde de carbone et de lumière solaire. (il existe aussi d'autres organismes autotrophes, certains étant à la base de chaînes alimentaires totalement indépendantes de l'énergie solaire.)

- les consommateurs (animaux). Il existe trois types de consommateurs :

• les consommateurs primaires (herbivores)
• les consommateurs secondaires, qui se nourrissent des précédents (carnivores primaires)
• les consommateurs tertiaires, qui se nourrissent des carnivores primaires (carnivores secondaires)

- les décomposeurs (bactéries, champignons) qui dégradent les matières organiques par respiration et fermentations de toutes les catégories et restituent au milieu les éléments minéraux.

Info 3b : La formation des combustibles fossiles (charbon, hydrocarbures et gaz) est une conséquence naturelle, à très long terme, de la sédimentation dès lors que les sédiments de départ sont assez riches en matière organique. Cette sédimentation produit un corps particulier : le kérogène, capable lui-même de produire, avec le temps, charbon ou pétrole et/ou gaz suivant les différentes conditions environnementales. (Bien qu'il ne soit présent qu'en faibles proportions dans les sédiments en règle générale, le kérogène représente, à l'échelle de la planète, une masse totale de 10⁷ Gt. Seulement 0,1 % de ce kérogène se transforme en charbon ou pétrole et/ou gaz.)

Info 4 : Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion.

CH_n+2 + n O₂ → n CO₂ + n H₂O + Ã©nergie   (équation exemple pour un hydrocarbure)

La plupart des matériaux d'origine organique sont des combustibles. Par exemple, le bois (20 000 kilojoules par kilo), le charbon, le pétrole (42000 kilojoules par kilo pour l'essence) sont des combustibles. On distingue :

- les combustibles fossiles (pétrole, charbon, gaz...), issus de matières organiques préhistoriques fossilisées. Leur combustion rejette dans l'atmosphère du dioxyde de carbone qui provient de la combinaison d'atomes de carbone issus du sous-sol et d'oxygène atmosphérique. Ces rejets de CO₂ participent à l'effet de serre et aux changements climatiques actuels.

- les biocombustibles (biocarburants liquides, copeaux ou granulés de bois, céréales et autres aspects de la biomasse), issus de plantes vivantes. Leur combustion présente un bilan CO₂ beaucoup plus faible (pour autant qu'on replante ce qui a été coupé) puisqu'elle rejette le CO₂ atmosphérique qu'ils ont accumulé au cours de leur croissance par photosynthèse... C'est donc une énergie renouvelable. (Mais pas non-polluante)

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