1-L'atmosphère terrestre et la vie

1. Quels sont les principaux réservoirs de carbone sur Terre ?

Les principaux réservoirs de carbone sur Terre sont, par ordre décroissant (de masse stockée en Gt) :

1. les roches et sédiments carbonatés : 60 millions de Gt ;
2. les océans : 38000 + 1020 = 39020 Gt ;
3. les hydrocarbures (roches carbonées) : 5000 Gt ;
4. le sol : 1500 Gt ;
5. l'atmosphère : 765 Gt ;
6. la phytomasse (les végétaux terrestres) : 610 Gt ;
7. la biomasse des autres êtres vivants (biosphère) : 3 Gt.

La typographie doit être respectée puisque g et G représentent des grandeurs très différentes ! g = gramme et G = giga, soit 10⁹, soit milliard.

L'essentiel du carbone sur Terre est donc stocké sous forme de roches et sédiments carbonatés. En effet, ce réservoir représente plus de 99,9 % du total. Le reste du carbone se trouve essentiellement (à plus de 82%) dans les océans.

On peut représenter ces valeurs sous forme graphique :

• exploitation des données (tableur)

2. Quel est le bilan des échanges naturels de carbone avec l'atmosphère ?

Avant la révolution industrielle ce bilan est nul, puisque la quantité de carbone injecté dans l'atmosphère est exactement compensée par la quantité prélevée. Les entrées sont égales aux sorties (les échanges sont équilibrés), donc la quantité globale est stable.

Plus précisément :

• 120 Gt de carbone sont injectées chaque année, moitié par la respiration, moitié par la décomposition ;
• 120 Gt de carbone sont absorbés chaque année par la photosynthèse ;
• 60 Gt de carbone sont libérés chaque année par les océans (lorsque le dioxyde de carbone dissous dans l'eau passe dans l'atmosphère par évaporation) ;
• 60 Gt de carbone sont dissous chaque année dans les océans.

Calcul :

3. Quelles sont les activités humaines, apparues depuis la révolution industrielle, qui modifient le cycle du carbone ? Quelle en est la conséquence sur la teneur en dioxyde de carbone atmosphérique  ?

Les activités humaines apparues depuis la révolution industrielle qui modifient le cycle du carbone sont, par ordre décroissant (de masse de carbone mobilisée) :

1. la combustion des roches carbonées ("énergies fossiles") : 5,4 Gt/an ;
2. la déforestation : 1,64 Gt/an.

Ces rejets anthropiques (= dus à l'humain) sont en partie compensés par  :

1. la photosynthèse des plantations d'arbres dans l'hémisphère nord : 1,9 Gt/an ;
2. la dissolution dans les océans : 1,9 Gt/an.

4. Quelle est la quantité de carbone injectée chaque année dans l'atmosphère ?

Plus de 7 Gt de carbone (5,4+1,64=7,04 Gt) sont rejetées chaque année dans l'atmosphère. Ce total étant supérieur à celui prélevé (1,9+1,9=3,8 Gt/an), une accumulation de carbone se produit (de 7,04-3,8=3,24 Gt/an).

Cette valeur de 7 Gt/an correspond aux années 2000-2005. Actuellement nous en sommes à un total de 10 Gt en plus dans l'atmosphère chaque année, avec des rejets estimés à plus de 35 Gt en 2019. La baisse des activités humaines due au confinement a entraîné une diminution de 7% de ce total en 2020 (soit 2,4 Gt).

Source : https://www.globalcarbonproject.org/carbonbudget/20/files/France_LSCE_GCB2020.pdf

5. Comment les combustibles fossiles se sont-ils formés ? Pourquoi sont-ils dits "non renouvelables" ?

Les combustibles fossiles se sont formés à partir de matière organique (= provenant d'êtres vivants) lentement transformée sous l'action de l'élévation de la température et de la pression (dans les couches profondes).

Les élements les plus volatils étant petit à petit éliminés, cette matière organique s'enrichit progressivement en carbone.

Ces combustibles fossiles sont dits "non renouvelables" car d'une part leur formation est un processus très lent et très long à l'échelle humaine et que d'autre part les conditions de leur formation n'existent plus sur Terre.

6. Conclure, en évaluant l'impact des activités humaines sur le cycle du carbone.

Les activités humaines ont déséquilibré le cycle du carbone, l'utilisation des combustibles fossiles comme source d'énergie (pour l'industrie, les transports, le chauffage, etc.) et la déforestation faisant pencher la balance du côté d'un excès de carbone atmosphérique.

On sait que cet excès de carbone, sous forme d'un gaz à effet de serre (le dioxyde de carbone), est responsable d'un effet de serre accru à l'origine des perturbations climatiques actuelles et futures.