Revision sheet: Cycle du carbone et de l'azote

📋 Plan du Cours

1. Réactions d’oxydo-réduction
2. Sources hydrothermales alcalines
3. Serpentinisation et hydrogène
4. Voies prébiotiques de fixation du carbone
5. Écosystèmes serpentinisés actuels
6. Cycle global du carbone
7. Scénarios climatiques du CO2
8. Cycle de l’azote
9. Procédé Haber-Bosch
10. Risques industriels et catastrophe AZF
11. Cycle de l’oxygène et ozone

📖 1. Réactions d’oxydo-réduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Oxido-réduction : Réaction chimique où des électrons sont transférés entre deux molécules, ce qui entraîne oxydation du donneur et réduction de l’accepteur.
• Couple redox : Paire donneur/accepteur qui fonctionne ensemble pour assurer le transfert d’électrons dans une même étape réactionnelle.
• Potentiel redox E0′ : Grandeur qui quantifie la tendance d’une espèce à perdre ou gagner des électrons, indiquant sa capacité relative à agir comme donneur ou accepteur.
• Donneur d’électrons : Molécule qui cède des électrons pendant la réaction, comme NADH, FADH2, succinate ou pyruvate.
• Accepteur d’électrons : Molécule qui reçoit des électrons pendant la réaction, comme O2 en respiration aérobie, NO3− en respiration anaérobie ou Fe3+.

📝 Points essentiels

• Le transfert d’électrons est couplé à l’énergie chimique : une molécule oxydée perd des électrons tandis qu’une molécule réduite en gagne.
• Dans l’exemple NADH, la réaction NADH → NAD+ + H+ + 2e− correspond à l’oxydation du NADH, qui alimente ensuite la chaîne de transport d’électrons.
• Plus E0′ est négatif, plus l’espèce est un bon donneur d’électrons, et plus E0′ est positif, plus elle est un bon accepteur d’électrons.
• NADH a E0′ ≈ −320 mV et O2 a E0′ ≈ +820 mV, ce qui rend O2 un accepteur très attractif.
• La fermentation transfère les électrons du NADH vers des accepteurs organiques internes (sans chaîne respiratoire) pour régénérer le NAD+ et permettre la continuité de la glycolyse.
• Le transfert direct d’électrons (DET) fait passer des électrons du donneur à l’accepteur sans médiateur diffusible, permettant un transfert plus rapide et efficace.

💡 Astuce mémo

Donneur = perd des e− (E0′ négatif) ; Accepteur = gagne des e− (E0′ positif).

📖 2. Sources hydrothermales alcalines

🔑 Notions clés & Définitions

• Cheminées hydrothermales alcalines : Type de systèmes hydrothermaux où des fluides fortement basiques et réducteurs sont générés sans lien direct avec un volcanisme axial majeur.
• Lost City : Gisement hydrothermal alcalin découvert hors du rift axial, caractérisé par des colonnes carbonatées et des fluides modérément chauds et très basiques.
• Serpentinisation : Réaction hydrothermale entre roches ultramafiques et eau qui produit H₂ et augmente le pH, alimentant des gradients redox.
• Gradients H₂ et CH₄ : Déséquilibres physico-chimiques stables entre un milieu océanique oxydé et des fluides alcalins riches en hydrogène et méthane.
• Catalyse minérale Fe/Ni : Mécanisme géochimique où la serpentinisation forme des surfaces et métaux réduits (Fe⁰, Ni⁰) capables de favoriser la réduction du carbone.

📝 Points essentiels

• Lost City présente des colonnes carbonatées et des fluides sans panache noir, avec des températures in situ d’environ 40–90 °C et un pH entre 9 et 11.
• Lost City est situé à environ 30 km à l’est du rift central, à ~800 m de profondeur, et ses structures peuvent atteindre ~60 m.
• La formation des systèmes alcalins résulte d’un double moteur thermique et géochimique combinant gradient géothermique et réactions exothermiques de serpentinisation.
• Les fluides alcalins sont fortement réducteurs et riches en H₂ et CH₄, avec un CO₂ dissous pratiquement absent.
• Les systèmes alcalins sont non volcaniques : ils restent associés à une activité chimiquement forte malgré des températures de sortie modérées par rapport aux fumeurs noirs.
• La serpentinisation peut créer des métaux zéro-valents (souvent Fe⁰ et Ni⁰) qui servent de catalyseurs pour réduire le carbone via des intermédiaires organiques simples.

💡 Astuce mémo

Lost City = alcalin + H₂/CH₄ + pH 9–11, pas de panache noir (≈800 m, ≈30 km du rift).

📖 3. Serpentinisation et hydrogène

🔑 Notions clés & Définitions

• Brucite et pH alcalin : La formation de brucite libère des ions OH−, ce qui augmente le pH des fluides et favorise la chimie carbonatée.
• Hydrogène dissous : L’hydrogène (H2) est le principal gaz réduit produit par serpentinisation, fournissant un pouvoir rédox pour des réactions ultérieures.
• Métaux zéro-valent : La serpentinisation peut produire des métaux à valence zéro (Fe0, Ni0, Co0), qui servent de catalyseurs dans un milieu très réducteur.
• Hydrides de surface : Les hydrides (H−) résultent de la dissociation de H2 sur des surfaces métalliques zéro-valent et rendent possibles des réductions du CO2.

📝 Points essentiels

• La serpentinisation transforme l’olivine en serpentine et brucite et produit H2 selon 2Mg2SiO4 + 3H2O → Mg3Si2O5(OH)4 + Mg(OH)2 + H2.
• Le fer(II) de l’olivine est oxydé en magnetite en produisant aussi H2 via 3FeO + H2O → Fe3O4 + H2.
• Les réactions de serpentinisation sont exothermiques et réductrices, avec consommation de protons lors de la formation de H2, ce qui fait augmenter le pH.
• Des métaux zéro-valent (Fe0, Ni0, parfois alliage Ni3Fe) ne sont pas présents avant serpentinisation mais apparaissent pendant le processus et créent une forte réductivité.
• Sur Fe0/Ni0/Ni3Fe, la dissociation de H2 forme des hydrides qui permettent la réduction du CO2 en composés comme formiate, CH4 et acétate.

💡 Astuce mémo

Olivine + eau → serpentine + brucite + H2 : H2 monte l’alcalinité, et le CO2 peut ensuite être réduit via Fe0/Ni0.

📖 4. Voies prébiotiques de fixation du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Fixation par formate : Réaction-cible où le formate sert de molécule test pour déclencher des carboxylations successives dans des pores hydrothermaux.
• Parallélisme des pores : Multiplication de nombreux pores indépendants qui transforme une chimie marginale en chances cumulées d’atteindre des seuils critiques localement.
• Seuils micromolaires : Concentrations locales transitoires de l’ordre de μM qui, pour une fraction des pores, peuvent dépasser des seuils menant à des enchaînements C–C.
• Temps caractéristique : Échelle $\tau=1/\lambda$ qui fixe la vitesse à laquelle la concentration d’une espèce dans un pore approche son régime établi.
• Voie de Wood–Ljungdahl : Voie de fixation autotrophe du carbone en conditions hydrothermales, globalement exergonique, capable de réduire le CO₂ en équivalents acétyl-CoA.

📝 Points essentiels

• Dans un pore, avec $\frac{dA}{dt}=k-\lambda A$, on obtient $A(t)=\frac{k}{\lambda}(1-e^{-\lambda t})$ et le régime établi vaut $[A]_\infty=k/\lambda=10\,\mu$M.
• Avec $k=10^{-9}$ mol·L$^{-1}$·s$^{-1}$ et $\lambda=10^{-4}$ s$^{-1}$, le temps caractéristique vaut $\tau=1/\lambda=10^{4}$ s, soit environ 3 heures.
• Un système pauvrement parallèle (10 pores) sur 10 ans donne environ $3\times10^5$ essais chimiques, alors qu’un système pauvrement parallèle sur 100 000 ans reste limité à environ $3\times10^9$ essais.
• Pour une cheminée poreuse (10⁶ pores) sur 100 000 ans, le nombre total d’essais atteint environ $3\times10^{14}$, rendant des réussites rares quasi inévitables.
• Parmi les voies de fixation du carbone, seules la voie de Wood–Ljungdahl et la méthanogenèse sont globalement exergoniques, ce qui favorise la fixation sans apport énergétique préalable.

💡 Astuce mémo

Parallélisme × temps long = loterie chimique : des μM deviennent mM dans quelques pores, et la réussite rare devient certaine quand on multiplie les essais ($\sim10^{14}$).

📖 5. Écosystèmes serpentinisés actuels

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient de pH chemiostatique : Différence de pH entre l’intérieur alcalin et l’océan plus acide qui pilote la dynamique des réactions et la fixation du carbone.
• Pores hydrothermaux alcalins : Micro-environnements à l’intérieur des fissures où la chimie H2/CO2 et la catalyse minérale peuvent soutenir des flux réactionnels continus.
• Catalyse FeS et Fe(Ni)S : Sites minéraux contenant Fe et Ni qui activent des espèces chimiques, accélèrent les réactions et stabilisent des intermédiaires.

📝 Points essentiels

• Dans ce modèle, l’océan précoce est légèrement acide (pH 5–6) tandis que les vents/pores sont alcalins (pH 9–11).
• Des métaux comme Fe2+ et Ni2+ forment des sites catalytiques dans des sulfures ou minéraux, favorisant la chimie de la fixation du carbone.
• La réaction H2 + CO2 vers des composés organiques est thermodynamiquement favorisée dans ces conditions d’échange roche–eau.
• La fixation du carbone en pores alcalins produit un réseau de proto-métabolisme à base d’intermédiaires C1–C5 comme formiate, acétate, pyruvate et oxaloacétate.
• Les acides gras formés peuvent s’assembler en bilayers le long des pores, concentrant les réactifs et protégeant les intermédiaires pour maintenir un flux stable.

💡 Astuce mémo

pH double : océan 5–6, pores 9–11 ; H2+CO2 se transforme avec catalyse FeS/Fe(Ni)S, puis bilayers stabilisent le flux.

📖 6. Cycle global du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Réservoirs du carbone : Les principaux stocks de carbone sur Terre correspondent à la lithosphère, l’hydrosphère, la biosphère et l’atmosphère.
• Cycle géologique du carbone : Le cycle géologique regroupe les transferts lents entre roches, océans et atmosphère via altération, sédimentation, subduction et dégazage.
• Dégazage volcanique : Le dégazage volcanique libère du CO₂ et d’autres gaz provenant de l’activité interne lors d’éruptions, de volcanisme diffus et de métamorphisme de roches carbonatées.
• Altération des silicates : L’altération chimique des silicates consomme du CO₂ atmosphérique et produit des ions capables d’alimenter la formation de carbonates.

📝 Points essentiels

• Le carbone circule entre des réservoirs de surface (atmosphère, biosphère, surface océanique) et des réservoirs profonds (océan profond, lithosphère) à deux échelles temporelles distinctes.
• Le dégazage volcanique est une source majeure de CO₂ sur des millions d’années et inclut aussi le volcanisme diffus et le métamorphisme des carbonates en zones de subduction.
• L’altération des silicates suit CaSiO3 + 2 CO2 + H2O → Ca2+ + 2 HCO3− + SiO2, ce qui constitue un puits de CO₂ sur le long terme.
• La boucle géologique associe précipitation marine des carbonates, enfouissement et métamorphisme qui redonne du CO₂ : CaCO3 + SiO2 → CaSiO3 + CO2.
• La sédimentation marine combine carbone organique (issu de CO2 par photosynthèse) et carbonates (CaCO3) qui s’accumulent puis peuvent être transformés en roches par diagenèse.

💡 Astuce mémo

Altération = CO₂ avalé (silicates) ; métamorphisme + dégazage = CO₂ relâché (retour à l’air).

📖 7. Scénarios climatiques du CO2

🔑 Notions clés & Définitions

• Forçage radiatif : Le forçage radiatif mesure l’écart énergétique entre l’énergie reçue et l’énergie renvoyée par la Terre, en W/m².
• SSP1-1.9 : Le scénario SSP1-1.9 vise une trajectoire de durabilité avec un forçage radiatif faible, d’environ 1,9 W/m² en 2100.
• SSP2-4.5 : Le scénario SSP2-4.5 décrit une trajectoire intermédiaire « milieu de la route » avec un forçage radiatif d’environ 4,5 W/m² en 2100.
• SSP5-8.5 : Le scénario SSP5-8.5 correspond à un niveau d’émissions très élevé, avec un forçage radiatif d’environ 8,5 W/m² en 2100.
• Rétroactions climat-carbone : Les rétroactions climat-carbone décrivent comment l’augmentation du CO₂ déclenche des réponses du système Terre, positives ou négatives, qui amplifient ou amortissent le réchauffement.

📝 Points essentiels

• Un forçage radiatif positif signifie que la Terre reçoit plus d’énergie qu’elle n’en renvoie, ce qui favorise le réchauffement.
• Le forçage radiatif des gaz à effet de serre comme le CO₂ est positif, tandis que des aérosols ou poussières volcaniques sont souvent associés à un forçage négatif.
• En 2010–2019, l’océan absorbe environ 23 % du CO₂ émis, la biosphère terrestre environ 31 %, et il reste environ 46 % dans l’atmosphère.
• Si les rétroactions océan–carbone dominent, le réchauffement peut réduire la solubilité du CO₂ et augmenter sa libération vers l’atmosphère.
• SSP1-1.9 vise ~1,9 W/m² en 2100 compatible avec un réchauffement d’environ 1,5 °C, tandis que SSP2-4.5 vise ~4,5 W/m² et SSP5-8.5 vise ~8,5 W/m² en 2100.

💡 Astuce mémo

RF = Reçu – Renvoyé (W/m²) : + réchauffe, − refroidit. SSP1-1.9 (bas), SSP2-4.5 (moyen), SSP5-8.5 (haut).

📖 8. Cycle de l’azote

🔑 Notions clés & Définitions

• Salpêtre : Le salpêtre est un dépôt blanchâtre principalement constitué de nitrate de potassium (KNO₃) qu’on trouve sur des murs anciens, car il provient de l’accumulation de nitrates formés par oxydation microbienne de déchets azotés.
• Nitrogénase : La nitrogénase est une enzyme biolog ique qui convertit le diazote N₂ en ammoniac NH₃, en consommant de l’énergie et des cofacteurs métalliques, avec une forte sensibilité à l’oxygène.
• Nitrification : La nitrification est l’oxydation biologique de NH₄⁺ en NO₃⁻ par une séquence microbienne passant par NH₂OH puis NO₂⁻, avec production d’énergie chimiosmotique.
• Dénitrification : La dénitrification est une réduction anaérobie du nitrate NO₃⁻ en formes gazeuses d’azote (NO, N₂O, N₂) réalisée par des bactéries hétérotrophes en conditions pauvres en O₂.
• Symbiose rhizobium-légumineuse : La symbiose rhizobium-légumineuse est une association mutualiste où des rhizobiums fixent le N₂ atmosphérique dans des nodules, tandis que la plante fournit carbone et en contrôle finement l’oxygène via des léghemoglobines.

📝 Points essentiels

• Le diazote N₂ est majoritaire dans l’atmosphère (≈78 %) et sa triple liaison N≡N a une énergie d’environ 945 kJ/mol, ce qui rend N₂ très stable et peu réactif en conditions de surface.
• La nitrogénase réduit N₂ en NH₃ avec la réaction globale N₂ + 8 e⁻ + 8 H⁺ + 16 ATP → 2 NH₃ + H₂ + 16 ADP + 16 Pi, et elle est extrêmement fragile en présence d’O₂.
• La nitrification comporte une étape AOB/AOA (NH₄⁺ → NO₂⁻) utilisant AMO puis HAO, puis une étape NOB (NO₂⁻ → NO₃⁻) portée par NXR, générant un gradient de protons exploité pour l’ATP.
• La dénitrification réduit NO₃⁻ successivement en NO₂⁻ puis NO puis N₂O puis N₂, en utilisant les oxydes d’azote comme accepteurs d’électrons à la place de l’O₂ et en produisant de l’ATP à chaque étape.
• Les nodules maintiennent une microaérobiose contrôlée par la léghemoglobine, qui tamponne l’O₂ libre afin de protéger la nitrogénase tout en permettant la respiration des bactéroïdes.
• Une voie abiotique importante du cycle passe par la foudre, qui permet de former des oxydes d’azote (NO, NO₂, etc.) ensuite piégés par la pluie.

💡 Astuce mémo

N₂ a une triple barrière : seul un « casseur » (nitrogénase, ou énergie type foudre) l’ouvre; puis le flux monte (nitrification) et redescend en gaz (dénitrification).

📖 9. Procédé Haber-Bosch

🔑 Notions clés & Définitions

• Réaction Haber-Bosch : Réaction d’équilibre entre le diazote et le dihydrogène qui produit de l’ammoniac sous conditions contrôlées en présence d’un catalyseur.
• Boucle de recyclage : Schéma industriel qui sépare l’ammoniac formé puis renvoie N2 et H2 non réagis dans le réacteur pour compenser le faible taux de conversion.
• Catalyseur au fer : Catalyseur à base de fer utilisé pour augmenter la vitesse de formation de NH3 à des températures compatibles avec l’équilibre de la réaction.
• Promoteurs du catalyseur : Espèces chimiques ajoutées au catalyseur à base de fer (K2O, CaO, Al2O3) pour améliorer sa performance industrielle.

📝 Points essentiels

• L’équation $N_2+3H_2\rightleftharpoons 2NH_3$ est une réaction contractante (4 moles de gaz vers 2 moles), donc une haute pression favorise l’équilibre vers NH3 via l’effet de Le Châtelier.
• Le choix industriel vise un compromis : la réaction exothermique privilégie une température basse pour l’équilibre, mais une température modérée (en pratique 500–600 °C) est nécessaire pour la cinétique.
• La boucle de recyclage consiste à liquéfier la sortie d’ammoniac, puis à renvoyer N2 et H2 non réagis au réacteur.
• Le défi technique porte sur la tenue à des conditions de plus de 150–200 atm et 500–600 °C, nécessitant étanchéité, sécurité et contrôle en milieu haute pression.
• L’industrialisation a été rendue possible par Carl Bosch et BASF, avec une pression industrielle d’environ 200 atm (20 MPa) et une réduction de la température à 500–600 °C grâce à la catalyse et au pilotage.
• Le catalyseur à base de fer est promu par K2O, CaO et Al2O3, avec l’objectif d’augmenter la surface active et la durée de vie.

💡 Astuce mémo

Rappel Le Châtelier : réaction contractante (gaz ↓) → pression ↑ = NH3 ↑, mais température = compromis équilibre (↓) vs vitesse (↑).

📖 10. Risques industriels et catastrophe AZF

🔑 Notions clés & Définitions

• Nitrate d’ammonium NH₄NO₃ : Le nitrate d’ammonium est un solide constitué d’ions ammonium et nitrate, dont la composition le rend potentiellement instable sous certaines conditions.
• Décomposition thermique NH₄NO₃ : La décomposition thermique du nitrate d’ammonium est une rupture qui libère gaz et chaleur, pouvant déclencher une amplification en chaîne.
• Seuil Seveso seuil haut : Le régime Seveso seuil haut classe les installations dépassant un seuil quantitatif plus strict, imposant des obligations renforcées de prévention et d’alerte.
• Catastrophe AZF : La catastrophe AZF est l’explosion du 21 septembre 2001 sur le site de Toulouse, liée à du nitrate d’ammonium stocké dans l’usine.
• Risque de mélange oxydant-combustible : Le risque de mélange oxydant-combustible correspond au fait que des impuretés combustibles mélangées au nitrate peuvent rendre la décomposition plus explosive.

📝 Points essentiels

• Le NH₄NO₃ est instable car il contient à la fois un réducteur (NH₄⁺) et un oxydant (NO₃⁻) dans la même molécule.
• À partir d’environ 170 °C, le nitrate d’ammonium se décompose en N₂, H₂O, O₂ et libère de la chaleur.
• La chaleur accélère la décomposition, ce qui amplifie la production de gaz et peut conduire à une explosion si le produit est confiné.
• Le risque augmente avec une chaleur excessive, un confinement, une contamination par combustibles, des chocs/pressions, une accumulation thermique et un incendie.
• Le classement Seveso impose aux industriels une étude de danger et des mesures de prévention, ainsi que l’information des populations par l’autorité compétente.
• À AZF, environ 300–400 tonnes de nitrate d’ammonium ont explosé dans le bâtiment 221, créant un cratère d’environ 70 m sur 40 m, avec 31 décès et 2 500 à 3 000 blessés selon les bilans initiaux.

💡 Astuce mémo

NH₄NO₃ = “réducteur + oxydant” dans la même molécule : chauffé (≈170 °C) → gaz + chaleur → emballement si ça ne s’échappe pas.

📖 11. Cycle de l’oxygène et ozone

🔑 Notions clés & Définitions

• Dioxygène O₂ : Le dioxygène est la forme oxydante du cycle de l’oxygène, petite en proportion mais centrale car elle relie les sphères par des conversions rédox.
• Espèces réactives d’oxygène ROS : Les ROS sont des formes chimiques très oxydantes dérivées de l’O₂ qui endommagent lipides, protéines et ADN, notamment quand l’O₂ augmente.
• Cyanobactéries oxygéniques : Les cyanobactéries sont des microorganismes capables de produire de l’O₂ par photosynthèse oxygénique, déclenchant l’accumulation progressive d’oxygène à l’échelle géologique.
• Couche d’ozone stratosphérique : La couche d’ozone stratosphérique est un réservoir dynamique qui absorbe surtout l’UV-B et protège le vivant, tout en réagissant photochimiquement.
• Substances appauvrissant l’ozone ODS : Les ODS sont des composés stables en troposphère mais dissociés en stratosphère, libérant des halogènes actifs qui détruisent l’ozone.

📝 Points essentiels

• La Grande Oxydation se déroule en phases : sans production d’O₂ (3,85–2,45 Ga), production absorbée par les océans (2,45–1,85 Ga), production libérée mais absorbée par les terres (1,85–0,85 Ga), puis accumulation atmosphérique quand les puits se saturent (0,85–0,54 Ga puis jusqu’à présent).
• L’augmentation d’O₂ favorise la formation de ROS via réduction partielle de l’O₂, ce qui explique des dommages cellulaires (lipides, protéines, ADN) lors de la montée d’oxygène.
• La couche d’ozone absorbe les UV-C et UV-B d’environ 200 à 315 nm, réduisant fortement les dommages biologiques (mutations, cancers, effets sur plantes et organismes aquatiques).
• Les ODS ont une durée de vie atmosphérique de 10 à 100 ans, ce qui rend l’évolution de l’ozone lente à répondre aux changements de concentrations.
• Le « trou » d’ozone a été découvert en 1985 en Antarctique, avec une chute printanière de l’ozone total de plus de 50 % au-dessus du pôle Sud.
• Avec le Protocole de Montréal (signé en 1987), la récupération est attendue vers 2040 aux moyennes latitudes et vers 2066 en Antarctique, et l’évitement sanitaire inclut des centaines de millions de cancers cutanés et des dizaines de millions de cataractes.

💡 Astuce mémo

O₂ : augmente → ROS explosent, mais ozonE stoppe UV : penser O₂ sans frein = danger, ozone = bouclier.

📅 Repères chronologiques

Date	Événement
384-322 av. J.-C.	Aristote propose la génération spontanée (abiogenèse) avec le pneuma
1953	Expérience Miller–Urey testant la « soupe primordiale »
1985	Découverte du trou d’ozone en Antarctique
1987	Signature du Protocole de Montréal
2010–2019	Répartition du CO₂ : ~23 % océan, ~31 % biosphère, ~46 % atmosphère
21 septembre 2001	Catastrophe AZF à Toulouse (nitrate d’ammonium)

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre donneur et accepteur : E0′ négatif correspond à un bon donneur, E0′ positif à un bon accepteur.
2. Croire que la fermentation utilise O2 : elle transfère les électrons du NADH vers des accepteurs organiques internes pour régénérer le NAD+.
3. Penser que la serpentinisation produit du CO2 : dans les fluides alcalins, le CO2 dissous est « pratiquement absent » et les fluides sont riches en H2 et CH4.
4. Inverser l’effet du parallélisme : plus de pores augmente les essais malgré un k faible, et ce sont les seuils locaux (transitoires) qui comptent.
5. Oublier le rôle du temps caractéristique τ=1/λ : sans atteindre le régime, A(t)=k/λ(1−e−λt) ne donne pas les ~10 μM attendus.
6. Relier l’ozone à un effet « seulement chimique » : en fait, c’est un équilibre cinétique photo-production/destruction, avec un système catalytique par traces d’ODS.
7. Confondre nitratation et nitritation : AMO/HAO mènent NH3→NO2− (AOB/AOA), NXR mène NO2−→NO3− (NOB).

✅ Checklist Examen

1. Définir oxido-réduction, couple redox, E0′, donneur et accepteur, et savoir interpréter le signe de E0′.
2. Écrire et commenter l’exemple NADH → NAD+ + H+ + 2e− : oxydation du donneur et transfert vers une chaîne respiratoire.
3. Expliquer pourquoi O2 (E0′≈+820 mV) est un accepteur très attractif face à NADH (E0′≈−320 mV).
4. Distinguer respiration et fermentation : accepteurs finaux, présence/absence de chaîne respiratoire, régénération du NAD+.
5. Décrire le transfert direct d’électrons (DET) : pas de médiateur diffusible, et l’idée de centres métalliques/Fe-S rapprochés.
6. Décrire Lost City : hors rift axial, ~30 km du rift central, ~800 m de profondeur, pH 9–11, 40–90 °C, colonnes carbonatées et absence de panache noir.
7. Expliquer la serpentinisation menant à H2 et pH alcalin à partir d’olivine + eau, et le passage par Fe(II) → magnetite avec production de H2.
8. Relier métaux zéro-valent (Fe0/Ni0/Ni3Fe) à la réduction abiotique du CO2 (formiate, CH4, acétate) via hydrides de surface.
9. Raconter la logique « fixation du carbone en pores » : A(t)=k/λ(1−e−λt), régime [A]∞=k/λ≈10 μM, puis seuils atteints avec parallélisme et temps long.
10. Comparer océan précoce pH 5–6 et pores alcalins pH 9–11, et relier la fixation du carbone à H2/CO2 plus catalyse FeS/Fe(Ni)S et bilayers.
11. Présenter les grandes étapes du cycle global du carbone : réservoirs, cycle géologique (dégazage, altération des silicates, précipitation/enfouissement/métamorphisme) et cycle court.
12. Pour le CO2 climatique : définir forçage radiatif (RF) et associer SSP1-1.9 (~1,9 W/m²), SSP2-4.5 (~4,5 W/m²), SSP5-8.5 (~8,5 W/m²) à des trajectoires d’émissions.
13. Pour l’azote : résumer le rôle de N2 (≈78 %) et la triple liaison (~945 kJ/mol), puis la nitrogénase (N2→NH3) et sa fragilité à l’O2.
14. Décrire nitrification (NH4+→NO2− puis NO2−→NO3− avec AMO/HAO et NXR) et dénitrification (NO3− → N2 via NO2−, NO, N2O, NosZ).