Revision sheet: Cycle du carbone et perturbations humaines

📋 Plan du Cours

1. Cycles biogéochimiques et perturbations humaines
2. Modèle par réservoirs, flux et états stationnaires
3. Approche steady-state et cycle du carbone-silicate
4. Formes du carbone et processus d’échange
5. CO2, effet radiatif et cycle Milankovitch
6. Réservoirs et transferts dans le cycle du carbone
7. Pompe physique du carbone océanique
8. Pompe biologique et rôle du phytoplancton
9. Initiative 4 pour 1000 et stockage du carbone
10. CDR océaniques par injection de CO2
11. Fixation de l’azote : symbiotique, associative et industrielle
12. Problèmes environnementaux liés au phosphore

📖 1. Cycles biogéochimiques et perturbations humaines

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle biogéochimique : Un cycle biogéochimique décrit le transfert d’éléments chimiques entre réservoirs biotiques et abiotiques de la Terre sous différentes formes.
• Système fermé de la Terre : Un système fermé est un système où la masse totale se conserve : rien ne se perd et rien ne se crée, tout se transforme entre formes.
• Réservoir biogéochimique : Un réservoir est un compartiment qui stocke une quantité d’éléments chimiques, exprimée en masse ou en quantité de matière.
• Temps de résidence : Le temps de résidence (turnover time) est la durée moyenne pendant laquelle la matière reste dans un réservoir avant d’en sortir.
• Modèle d’état stationnaire : Un état stationnaire correspond à un cycle où les flux entrant et sortant sont à l’équilibre, si bien que la quantité dans le réservoir ne varie pas.

📝 Points essentiels

• Les humains perturbent les cycles biogéochimiques à une vitesse très supérieure aux grandes modifications naturelles sur de longues durées.
• La combustion d’énergies fossiles augmente fortement le CO2 atmosphérique, avec une concentration jamais aussi élevée depuis au moins 5 millions d’années.
• La production d’engrais phosphatés et azotés introduit des composés de P et d’azote dans les sols et les eaux, ce qui les pollue.
• Les cycles biogéochimiques suivent des transferts entre atmosphère, biosphère, hydrosphère et lithosphère/géosphère.
• L’asthénosphère n’est pas incluse dans le cycle du carbone car elle est mal connectée aux autres sphères et on ne rapporte pas de matériaux vers la surface.
• Un cycle biogéochimique se caractérise par des réservoirs (source et puits), des flux, et des processus qui contrôlent les transferts à différentes échelles.

💡 Astuce mémo

Système fermé = même masse, formes différentes ; humains = accélérateur de flux (CO2 + engrais).

📖 2. Modèle par réservoirs, flux et états stationnaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Réservoir de carbone : Un réservoir de carbone est une zone où le carbone est stocké sous des formes données et où il peut s’accumuler ou diminuer.
• Flux de carbone : Un flux de carbone est un transfert de carbone entre deux réservoirs, via des processus physiques, chimiques ou biologiques.
• État stationnaire : Un état stationnaire correspond à une situation où les entrées et sorties d’un réservoir s’équilibrent, donc la quantité stockée varie peu.
• Cycle du carbone : Le cycle du carbone regroupe l’ensemble des échanges de carbone entre atmosphère, biosphère, sols et océans, ainsi qu’entre réservoirs géologiques.

📝 Points essentiels

• Le cycle du carbone nécessite de distinguer biosphère des plantes et carbone du sol car des échanges existent entre ces deux compartiments.
• Le réservoir le plus important est le continental crust and upper mantle, où le carbone est piégé dans des roches carbonatées sur de longues durées.
• La taille des réservoirs n’est pas figée : elle est renouvelée par des processus géologiques et biogéochimiques, même si les valeurs exactes ne sont pas à mémoriser.
• Les sols et la végétation contiennent une masse de carbone environ 3 fois plus grande que celle de l’atmosphère, majoritairement sous forme organique.
• Le permafrost piège du carbone ancien ; quand la température augmente, il fond et libère du carbone vieux de milliers d’années.
• L’océan profond et intermédiaire constitue le 2e plus grand réservoir, mais l’océan ne se traite pas comme un seul bloc car le mélange entre surface et profondeur est lent.

💡 Astuce mémo

Réservoirs = “stocks”, flux = “virements”, état stationnaire = “solde qui ne bouge pas” (entrées ≈ sorties).

📖 3. Approche steady-state et cycle du carbone-silicate

🔑 Notions clés & Définitions

• Réservoirs du carbone : En géochimie, les réservoirs du carbone sont des compartiments (atmosphère, océans, biosphère, sols, sédiments) où le carbone s’accumule puis s’échange.
• Océan de surface : L’océan de surface est la couche en contact avec l’atmosphère, où le CO2 dissous est utilisé par le phytoplancton et où les échanges air–eau contrôlent l’absorption ou le dégazage.
• Océan profond : L’océan profond est un réservoir froid et dense où le mélange avec les eaux de surface est lent, ce qui limite le transfert direct du CO2 dissous vers les profondeurs.
• Diagenèse : La diagenèse est l’ensemble des transformations qui surviennent après la sédimentation, modifiant la matière organique et favorisant son enfouissement.
• Cycle du carbone-silicate : Le cycle du carbone-silicate décrit l’échange à long terme du carbone entre atmosphère, océans et roches, via des réactions chimiques et des transferts géologiques.

📝 Points essentiels

• En approche steady-state, on compare réservoirs et flux pour vérifier si les entrées et sorties de carbone s’équilibrent à l’échelle considérée.
• L’océan ne se traite pas comme un seul réservoir car la surface contient phytoplancton et CO2 dissous, tandis que les profondeurs se mélangent lentement à cause de la stratification thermique.
• Le CO2 dissous de surface ne se mélange pas directement avec les eaux profondes, ce qui ralentit le transfert vers le grand réservoir océanique.
• Dans l’océan, le CO2 en contact avec l’eau forme l’acide carbonique puis conduit à la formation de carbonate, ce qui relie chimie de dissolution et stockage.
• Le phytoplancton absorbe le CO2 dissous (pas le CO2 atmosphérique directement) et l’intègre par photosynthèse avant une partie de la matière de mourir et de s’enfouir.
• Quand le phytoplancton meurt, une fraction est décomposée par des bactéries et le reste peut se sédimenter au fond de l’océan, contribuant au stockage à long terme via la diagenèse et les sédiments carbonatés.

💡 Astuce mémo

Surface = vie + échange air–eau ; Profondeur = froid + mélange lent ; CO2 dissous → H2CO3 → carbonate.

📖 4. Formes du carbone et processus d’échange

🔑 Notions clés & Définitions

• Dégazage océanique : Processus où l’océan libère du CO2 vers l’atmosphère lorsque la pression partielle de CO2 dissous dépasse celle de l’air.
• Acidification des océans : Phénomène lié à l’augmentation du CO2 dissous qui entraîne une baisse du pH de l’eau de mer.
• Circulation thermohaline : Mécanisme de transport océanique piloté par la température et la salinité, essentiel pour redistribuer le carbone dissous.
• Pompe physique : Mécanisme de transfert du CO2 dissous par le déplacement des masses d’eau entre surface et profondeurs.
• Pompe biologique : Mécanisme où le phytoplancton transforme le CO2 en carbone organique, puis une partie finit en sédiments.

📝 Points essentiels

• La solubilité du CO2 augmente quand la température de l’eau diminue, ce qui favorise la dissolution du CO2.
• Si la pression partielle du CO2 dans l’océan est plus grande que dans l’atmosphère, l’océan dégaze, sinon il absorbe.
• L’augmentation du CO2 dissous diminue le pH, ce qui perturbe des réactions biochimiques sensibles au pH.
• Quand le pH baisse, la précipitation du CaCO3 devient défavorable pour les organismes à exosquelette, ce qui complique la formation de leur coquille.
• Globalement, l’océan agit comme un puits de CO2, même s’il peut émettre localement selon les conditions.
• La pompe physique envoie le CO2 dissous des eaux froides vers les fonds, où il peut rester des centaines d’années avant un retour vers la surface via des remontées d’eaux profondes chaudes le long des côtes, avec rejet d

💡 Astuce mémo

Froid = CO2 dissous ; chaud = CO2 relâché : pense “pompe physique = ascenseur thermique”.

📖 5. CO2, effet radiatif et cycle Milankovitch

🔑 Notions clés & Définitions

• Séquestration du carbone : Processus d’élimination du CO2 atmosphérique avec stockage durable, de façon à réduire sa présence dans l’air sur le long terme.
• Puit ou source de carbone : Notion décrivant l’équilibre des flux de carbone entre un écosystème et l’atmosphère sur une période donnée.
• Bilan net de carbone de l’écosystème : Mesure du carbone entrant et sortant d’un écosystème par toutes les voies, permettant de savoir si l’écosystème gagne ou perd du carbone.
• Puit terrestre résiduel : Résultat des émissions anthropiques nettes après soustraction du puit océanique et de l’augmentation du CO2 atmosphérique.
• Cycle court du carbone : Partie du cycle où les échanges sont rapides, avec des temps de résidence courts et des réservoirs proches de l’atmosphère.

📝 Points essentiels

• Le carbone du sol constitue le plus grand réservoir de carbone organique de la Terre, mais une grande partie se trouve à la surface.
• Le carbone peut être précipité et stabilisé en profondeur, et une partie peut ne pas être comptabilisée dans certains bilans de stock.
• L’érosion par les pluies peut déplacer du carbone vers d’autres milieux (dépressions topographiques, milieux marins) où il s’accumule.
• Le permafrost contient un stock important de carbone stable, et le réchauffement augmente la couche active qui dégel plus profondément.
• La dégradation du carbone du permafrost peut libérer du CO2 et du CH4, le CH4 ayant un effet de serre plus fort que le CO2.
• Le budget carbone total correspond à la quantité maximale d’émissions anthropiques nettes cumulées de CO2 associée à une probabilité de limiter le réchauffement à un niveau (ex. 2°C) par rapport à 1750.

💡 Astuce mémo

Puit = flux net vers l’air (ou l’inverse) ; Bilan net = entrées − sorties ; Résiduel = émissions − océan − hausse atm.

📖 6. Réservoirs et transferts dans le cycle du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Géo-ingénierie climatique : La géo-ingénierie climatique regroupe des actions à grande échelle visant à modifier intentionnellement le climat pour limiter ou contrer le réchauffement.
• Net zero emissions : Le net zero emissions désigne un équilibre entre les émissions de gaz à effet de serre et les quantités retirées de l’atmosphère.
• Natural Climate Solutions : Les Natural Climate Solutions sont des mesures de gestion des terres et des écosystèmes qui augmentent le piégeage du carbone tout en protégeant et restaurant la nature.
• Carbon Dioxide Removal : Le Carbon Dioxide Removal regroupe des approches technologiques qui forcent le retrait du CO2 de l’atmosphère.
• Initiative 4 pour 1000 : L’initiative 4 pour 1000 propose d’augmenter chaque année le stock de carbone organique des sols cultivés afin d’améliorer la fertilité et d’aider le climat.

📝 Points essentiels

• Diminution vise à réduire les émissions de gaz à effet de serre, surtout le CO2, en agissant sur les comportements et les systèmes (ex. taxe carbone, énergie alternative).
• Adaptation vise à répondre aux changements déjà en cours dus à l’accumulation de gaz à effet de serre dans l’atmosphère (ex. climatisation, usages agricoles).
• RCP4.5 illustre un scénario où il faudrait retirer environ 20 gigatonnes de CO2 par an d’ici 2050 pour éviter de dépasser un seuil de réchauffement maximal.
• Même si les émissions s’arrêtent, la planète peut continuer à chauffer car le système n’est pas immédiatement à l’état stationnaire, d’où l’intérêt du retrait de CO2.
• NCS et CDR sont deux familles de géo-ingénierie basées sur les causes : NCS favorise le piégeage via les puits terrestres, CDR utilise une technologie active pour retirer le CO2.
• Les solutions géo-ingénierie peuvent être classées en naturelles, naturelles améliorées, mécaniques et chimiques, selon le niveau d’intervention humaine et l’usage de technologie.

💡 Astuce mémo

Diminuer = couper le robinet, Adapter = protéger du débordement, Net zero = compenser par retrait du CO2.

📖 7. Pompe physique du carbone océanique

🔑 Notions clés & Définitions

• Carbon Dioxide Removal (CDR) : Approche de réduction du CO2 atmosphérique qui vise à le retirer de l’air puis à le stocker durablement.
• CCS : Procédé de capture du CO2 suivi de sa compression, de son transport et de son injection dans un réservoir de stockage.
• Direct air capture (DAC) : Technologie de capture du CO2 directement depuis l’air ambiant à l’aide de filtres, puis stockage du CO2 capturé.
• Terrestrial Enhanced Rock Weathering (tERW) : Technique qui accélère l’altération chimique des roches silicatées pour transformer du CO2 atmosphérique en carbonates/bicarbonates.
• Coastal blue carbon : Stratégie liée aux écosystèmes côtiers où le stockage du carbone peut être favorisé par des conditions d’oxygène réduites.

📝 Points essentiels

• La saturation du stock de carbone des sols peut limiter l’augmentation durable du carbone stocké selon les types de sols.
• Ajouter du carbone seul ne suffit pas : l’azote (N) et le phosphore (P) peuvent devenir des facteurs limitants de la croissance.
• Apporter N et P peut déstabiliser l’équilibre biochimique des nutriments et modifier les émissions associées.
• L’ajout de carbone d’origine végétale (ex. compost, biochar) est envisagé pour augmenter le stock de carbone du sol.
• Le piégeage du carbone est souvent coûteux et complexe, donc l’acceptation dépend d’incitations, de preuves d’avantages et de politiques adaptées.
• Les CDR incluent des puits terrestres et océaniques, mais la durée réelle de stockage varie selon la technologie et le site.

💡 Astuce mémo

CDR = Capture puis Stockage (durée variable) : sans durée, pas de “vrai” retrait.

📖 8. Pompe biologique et rôle du phytoplancton

🔑 Notions clés & Définitions

• Pompe océanique biologique : Mécanisme océanique où le carbone est transformé en matière organique par le phytoplancton puis transféré vers les profondeurs via la sédimentation.
• Phytoplancton : Organismes photosynthétiques microscopiques qui produisent de la biomasse et du carbone particulaire à partir des nutriments disponibles.
• NPP (productivité primaire nette) : Indicateur de l’activité photosynthétique nette du phytoplancton, reflétant la production biologique de matière organique.
• Fertilisation au fer : Pratique consistant à ajouter du sulfate de fer pour augmenter la croissance du phytoplancton dans des zones limitées par le fer.
• Carbone particulaire : Forme de carbone contenue dans la matière organique produite, susceptible de sédimenter au fond des océans.

📝 Points essentiels

• La fertilisation des océans vise des zones à faible NPP, souvent éloignées des apports continentaux en fer.
• Le sulfate de fer est transporté par bateau pour fournir le fer nécessaire au phytoplancton.
• Si la biomasse produite n’est pas stockée sous forme de carbone particulaire, l’effet CDR peut être limité.
• Le stockage du carbone par la pompe biologique dépend de la sédimentation du carbone particulaire vers les profondeurs.
• Augmenter le phytoplancton peut réduire l’$O_2$ dissous, car la décomposition implique des réactions d’oxydoréduction nécessitant de l’$O_2$.
• La modification du phytoplancton peut aussi perturber d’autres cycles biogéochimiques, donc les impacts doivent être évalués au-delà du carbone.

💡 Astuce mémo

Fer → phytoplancton → biomasse → carbone particulaire → sédimentation; mais plus de biomasse = plus de décomposition = risque de baisse d’$O_2$.

📖 9. Initiative 4 pour 1000 et stockage du carbone

🔑 Notions clés & Définitions

• Fixation symbiotique de N : La fixation symbiotique de l’azote est réalisée par des bactéries vivant dans des nodules racinaires qui convertissent N2 en NH3 pour la plante.
• Fixation associative de N : La fixation associative de l’azote est assurée par des bactéries proches des racines, sans nodules spécialisés, où l’azote fixé est partagé avec la plante.
• Fixation free-living de N : La fixation free-living de l’azote est effectuée par des bactéries libres dans la rhizosphère qui peuvent être ajoutées au sol pour augmenter la disponibilité en azote.
• Enhanced biological nitrogen fixation (BNF) : La BNF est une méthode naturelle qui améliore la fixation biologique en cultivant et en faisant tourner des légumineuses pour produire plus d’azote réactif.
• Fixation industrielle de N : La fixation industrielle de l’azote est la production d’ammoniac à partir de N2 atmosphérique via Haber-Bosch, puis transformé en composés azotés utiles.

📝 Points essentiels

• Les bactéries symbiotiques convertissent N2 en NH3 dans les nodules, et la plante utilise ce NH3 pour sa croissance avant relargage au sol lors de la mort.
• Dans la fixation associative, les bactéries vivent dans la rhizosphère, il n’y a pas de structures spécialisées, et l’azote libéré est partagé avec les plantes.
• La fixation free-living (FLNF) est portée par des communautés de fixateurs libres, et l’azote fixé peut être mobilisé pour améliorer la fertilité.
• La BNF augmente la productivité en favorisant l’azote réactif via l’implantation et la rotation de légumineuses qui développent des nodules.
• En fixation biotique, l’azote fixé est directement accessible à la plante, alors qu’en fixation libre la plante est en compétition avec d’autres organismes du sol.
• La fixation abiotique correspond à la fixation physique de N2 par des processus non biologiques fournissant l’énergie nécessaire à la formation de composés azotés.

💡 Astuce mémo

Symbiose = Nodules; Associatif = Rhizosphère sans nodules; Free-living = Libre en communauté; BNF = Légumineuses en rotation; Industriel = Haber-Bosch (NH3).

📖 10. CDR océaniques par injection de CO2

🔑 Notions clés & Définitions

• Lixiviation : La lixiviation est l’extraction d’un composé soluble du sol par des opérations de lavage et de percolation.
• Dénitrification : La dénitrification est une réaction microbienne qui réduit des formes oxydées de l’azote en gaz, notamment N2O puis N2.
• Anammox : L’anammox est un processus microbien qui oxyde NH3/NH4+ en N2.
• Minéralisation de l’azote : La minéralisation de l’azote est la conversion de l’azote organique du sol en azote inorganique disponible.
• Nitrification : La nitrification est l’ensemble des réactions microbiennes qui transforment l’azote ammoniacal en nitrate via nitrite.

📝 Points essentiels

• Les pertes d’azote peuvent toucher les eaux de surface et souterraines via la lixiviation, et aussi l’atmosphère sous forme gazeuse.
• La dénitrification convertit N2O en N2(g) au cours du continuum azote plante–sol.
• La minéralisation correspond à la combinaison ammonification + nitrification qui conduit à la formation de nitrate.
• L’ammonification est réalisée par de nombreux types de bactéries, tandis que la nitrification dépend de bactéries spécialisées.
• Nitrosomonas oxyde NH4+ en nitrite en présence d’O2, puis Nitrobacter oxyde le nitrite en nitrate en présence d’O2.
• Certaines bactéries comme Nitrospira peuvent réaliser la minéralisation en une seule étape (Commamox).

💡 Astuce mémo

Lixiviation = lavage vers l’eau ; Dénitrification = N2O → N2 ; Minéralisation = organique → inorganique.

📖 11. Fixation de l’azote : symbiotique, associative et industrielle

🔑 Notions clés & Définitions

• Fixation symbiotique de l’azote : Processus où des bactéries vivent en association avec une plante et convertissent le $N_2$ atmosphérique en formes utilisables.
• Fixation associative de l’azote : Processus où des bactéries fixatrices d’azote vivent près des racines et fournissent de l’azote sans former forcément une symbiose nodulaire.
• Fixation industrielle de l’azote : Procédé technologique qui transforme le $N_2$ atmosphérique en composés azotés pour produire des engrais.
• Charges critiques d’azote : Valeurs limites qui indiquent la quantité maximale d’azote qu’un écosystème peut recevoir sans dépasser un impact jugé acceptable.

📝 Points essentiels

• L’excès d’azote dans les sols peut déstabiliser les écosystèmes et favoriser des rejets de $N$ vers l’atmosphère ou l’eau.
• L’hypoxie et l’eutrophisation sont associées à des zones industrielles, avec des conséquences sur la vie aquatique.
• Quand on dépasse la capacité de l’écosystème à “contenir” l’azote, une partie du $N$ devient relarguable plutôt que stockée.
• Les charges critiques servent à fixer un maximum d’azote admissible pour un écosystème afin de limiter la pollution.
• La question centrale est de relier la limite de charge critique à l’endroit où l’impact se manifeste (ex. effets sur la végétation ou la forêt).
• Comparaison : symbiotique = association avec une plante (souvent via nodules), associative = proximité racinaire sans symbiose nodulaire obligatoire, industrielle = transformation par procédé humain pour fabriquer des az

💡 Astuce mémo

Symbiose = N dans la plante, Associatif = N près des racines, Industriel = N fabriqué ; Charges critiques = “plafond de N avant dégâts”.

📖 12. Problèmes environnementaux liés au phosphore

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle du phosphore cassé : Le cycle du phosphore est dit cassé quand les activités humaines perturbent fortement les transferts naturels entre biosphère, sols et eaux.
• Eutrophisation : L’eutrophisation est l’enrichissement excessif des eaux en nutriments comme le phosphore et l’azote, déclenchant une forte prolifération biologique.
• Phosphogypse : Le phosphogypse est un sous-produit de la fabrication des engrais à partir de roches phosphatées, contenant des traces radioactives.
• Pic de phosphore : Le pic de phosphore est un point hypothétique où la production mondiale de phosphore atteint un maximum avant de décliner.
• Dépendance géopolitique au phosphore : La dépendance géopolitique au phosphore désigne la vulnérabilité liée à la concentration des réserves et à l’accès aux importations d’engrais phosphatés.

📝 Points essentiels

• Les sols contiennent beaucoup de P mais une grande partie est non disponible car il forme des composés insolubles avec des éléments comme le calcium et le fer.
• Le P des sédiments et roches marines n’alimente la biosphère que via des processus tectoniques lents qui exposent les matériaux à l’altération.
• L’exploitation des roches phosphatées augmente fortement le flux de phosphates retournant à la biosphère, ce qui perturbe le cycle naturel.
• Dans les écosystèmes, le P circule surtout par recyclage entre absorption biologique et libération lors de la décomposition.
• Le P est perdu sur terre par entraînement des particules de sol et de matière organique vers les eaux de ruissellement.
• Le P est perdu en mer quand les détritus se déposent dans les sédiments des grands fonds marins.

💡 Astuce mémo

P = Pollution : trop de P → eaux chargées → eutrophisation → anoxie.

📅 Repères chronologiques

Date	Événement
5 millions d’années	La concentration en CO2 atmosphérique n’a jamais été aussi élevée depuis au moins 5 millions d’années
1750	Référence utilisée pour analyser les changements du cycle du carbone depuis la révolution industrielle
800 000 dernières années	Période sur laquelle les émissions de CO2 sont les plus élevées (selon le cours)

📊 Tableaux de synthèse

Cas stationnaire vs non stationnaire (modèle par réservoirs)

Situation	Entrées vs sorties	Évolution de la quantité dans le réservoir
Cas A	IN et OUT pas à l’équilibre	La quantité baisse avec le temps
Cas B & C	IN et OUT à l’équilibre	La quantité ne varie pas au cours du temps

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre temps de résidence (turnover time) et turnover rate : le premier dépend du taux de flux sortant et de la taille du réservoir, le second est une fraction quittant le réservoir.
2. Croire que l’asthénosphère fait partie du cycle du carbone : le cours précise qu’elle n’est pas incluse car elle est mal connectée aux autres sphères et on ne rapporte pas de matériaux vers la surface.
3. Penser que le phytoplancton absorbe le CO2 atmosphérique directement : il absorbe le CO2 dissous, puis une partie s’enfouit via sédimentation/diagenèse.
4. Inverser les conditions de dégazage : si la pression partielle de CO2 dans l’océan est plus grande que dans l’atmosphère, l’océan dégaze, sinon il absorbe.
5. Mélanger pompe physique et pompe biologique : la physique transporte le CO2 dissous vers les fonds via circulation/mélange lent, la biologique transforme le CO2 en carbone organique puis sédimente une fraction.
6. Croire que “ajouter du carbone” suffit pour un CDR terrestre : le cours insiste sur les facteurs limitants N et P et sur les effets possibles sur l’équilibre biochimique.
7. Confondre cycle du phosphore et cycle du carbone : le P n’a pas de réservoir atmosphérique et sa disponibilité dépend fortement du pH et de la fixation (Fe/Al/Ca), pas d’un échange air–eau direct.

✅ Checklist Examen

1. Définir un cycle biogéochimique et expliquer pourquoi le système Terre est présenté comme un système fermé (masse conservée, formes qui changent).
2. Lister les 4 sphères du système Terre utilisées (atmosphère, biosphère, hydrosphère, lithosphère/géosphère) et justifier l’exclusion de l’asthénosphère dans le cycle du carbone.
3. Donner les critères minimaux d’un cycle BGC : source (input), puits (sink), réservoir (compartiment) et flux (transfert par unité de temps).
4. Expliquer la différence entre temps de résidence (turnover time) et turnover rate, et écrire l’idée τ = M/S et τ-1 = S/M telle que présentée.
5. Distinguer cas non stationnaire (IN ≠ OUT, quantité qui baisse) et cas stationnaire (IN = OUT, quantité constante) et relier cela à l’idée de cycle perturbé.
6. Expliquer pourquoi on doit découpler biosphère/plantes et carbone du sol dans le cycle du carbone (échanges entre compartiments).
7. Identifier les grands réservoirs du carbone (continental crust/upper mantle, sols/végétation, permafrost, océan de surface vs profond) et dire pourquoi l’océan n’est pas un seul réservoir.
8. Décrire la chaîne chimique dans l’océan de surface (CO2 dissous → acide carbonique → carbonate) et le rôle du phytoplancton (CO2 dissous, photosynthèse, sédimentation).
9. Expliquer les processus d’échange océan-atmosphère : solubilité liée à la température, dégazage vs absorption selon pression partielle, et acidification (baisse de pH, impact sur CaCO3).
10. Décrire les trois mécanismes de transfert dans l’océan : pompe physique (eaux froides vers fonds, circulation thermohaline), pompe biologique (carbone organique/sédimentation), pompe carbonate (carbonates, saturation/“d’
11. compensation des carbonates).
12. Définir séquestration du carbone, puit/source, bilan net de carbone de l’écosystème et puit terrestre résiduel, puis relier au budget carbone global (notion de cumul max d’émissions nettes).
13. Classer les approches de géo-ingénierie climatique en diminution vs adaptation, puis en NCS vs CDR (causes : puits terrestres vs technologie active).
14. Expliquer l’initiative 4 pour 1000 (objectif de hausse annuelle du stock de carbone organique des sols cultivés, ordre de grandeur 0,4% et logique fertilité/Paris).