Les cycles de la matière

L'énergie traverse l'écosystème et se dissipe. La matière, elle, ne se perd pas : elle tourne indéfiniment.

La différence fondamentale

   ÉNERGIE                          MATIÈRE
   entre : lumière solaire          ne vient de nulle part
   sort  : chaleur                  ne va nulle part
   FLUX à sens unique               CYCLES fermés
   doit être renouvelée sans cesse  se recycle indéfiniment

Un écosystème peut recycler ses atomes pendant des millions d'années ; il ne peut pas fonctionner une journée sans apport d'énergie. C'est pourquoi la Terre est un système fermé pour la matière et ouvert pour l'énergie.

Le cycle du carbone

                    ATMOSPHÈRE (CO₂)
                    ^      |      ^
        respiration |      | photosynthèse
        décomposition|     v      | combustion
                    |  ÊTRES VIVANTS
                    |      |
                    +------+
                           |  enfouissement (millions d'années)
                           v
                    COMBUSTIBLES FOSSILES

Le cycle naturel est équilibré : la photosynthèse retire à peu près autant de carbone que respiration et décomposition en rendent.

La combustion des fossiles rompt cet équilibre. Elle réinjecte en un siècle un carbone stocké sur des centaines de millions d'années — un déstockage environ un million de fois plus rapide que le stockage qui l'a produit. Ce déséquilibre de vitesse, et non de nature, est la description physique la plus directe du dérèglement climatique.

Le cycle de l'azote

L'azote illustre un point souvent mal compris : une ressource peut être abondante et inaccessible.

   N₂ atmosphérique : 78 % de l'air     mais INUTILISABLE tel quel
        |
        |  FIXATION par des bactéries (dont celles des racines de légumineuses)
        v
   ammonium, puis NITRATES  ->  absorbés par les plantes
        |
        |  consommation, puis décomposition
        v
   retour au sol
        |
        |  DÉNITRIFICATION par d'autres bactéries
        v
   N₂ atmosphérique

Les plantes baignent dans l'azote sans pouvoir l'utiliser : la triple liaison de N₂ est trop stable. Seules certaines bactéries savent la rompre. C'est ce qui rend les légumineuses — trèfle, luzerne, pois — si précieuses en agriculture : leurs nodosités racinaires abritent ces bactéries et enrichissent le sol.

Le procédé Haber-Bosch, qui réalise industriellement cette fixation depuis 1913, a permis de nourrir une population mondiale multipliée par quatre. Il consomme aujourd'hui environ 1 à 2 % de l'énergie mondiale, et l'excès de nitrates qui en découle provoque l'eutrophisation des rivières et des zones côtières.

Le cycle de l'eau

   océans, sols  --évaporation-->  atmosphère
                                        |
                                   condensation
                                        v
                                  précipitations
                                        |
                       ruissellement, infiltration
                                        v
                                  retour aux océans

Les êtres vivants y participent activement : une forêt amazonienne recycle par évapotranspiration une part majeure des pluies qu'elle reçoit. Déboiser ne supprime donc pas seulement des arbres : cela peut assécher une région entière, la forêt fabriquant en partie sa propre pluie.

En résumé

• La matière cycle, l'énergie traverse — la distinction structure toute l'écologie.
• Carbone : équilibre naturel rompu par la combustion des fossiles, question de vitesse.
• Azote : abondant dans l'air mais inutilisable ; seules des bactéries le fixent.
• Les légumineuses enrichissent le sol grâce à leurs bactéries symbiotiques.
• Eau : les forêts fabriquent en partie leurs propres précipitations.
• Un excès d'apport minéral provoque l'eutrophisation.