Flux naturels et anthropiques du carbone — programme de Spécialité SVT Terminale (Géologie et enjeux climatiques)
Exercices corrigés, classés du plus simple au plus complexe. Cherche d'abord seul au brouillon, puis déplie la correction détaillée pour vérifier ta méthode et tes raisonnements.
Pour chaque couple de notions, explique en deux ou trois phrases ce qui les différencie et illustre par un exemple concret.
Méthode. Pour différencier deux notions, on précise la nature de chacune (durée, sens du transfert, unité), puis on illustre par un exemple chiffré.
1. Cycle court vs cycle long. Le cycle court opère sur quelques années à quelques siècles et met en jeu des échanges rapides entre atmosphère, biosphère et hydrosphère (photosynthèse, respiration, dissolution). Le cycle long opère sur des millions d'années et met en jeu la lithosphère (sédimentation calcaire, enfouissement organique, volcanisme, altération des silicates). Exemple : la photosynthèse d'une forêt relève du cycle court ; la formation d'un calcaire à foraminifères relève du cycle long.
2. Réservoir vs flux. Un réservoir est un compartiment qui stocke du carbone, mesuré en gigatonnes de carbone (Gt C). Un flux est un transfert de carbone d'un réservoir vers un autre par unité de temps, mesuré en Gt C/an. Exemple : l'atmosphère est un réservoir (~870 Gt C) ; la respiration de la biosphère est un flux (~119 Gt C/an).
3. Puits vs source. Un puits absorbe plus de carbone qu'il n'en émet (bilan net entrant) ; une source émet plus qu'elle n'absorbe (bilan net sortant). Exemple : l'océan actuel est un puits (~2,8 Gt C/an absorbés) ; le pergélisol qui dégèle devient une source. Un même réservoir peut changer de statut selon les conditions.
Effectue les conversions demandées en utilisant les masses molaires M(C) = 12 g/mol et M(O) = 16 g/mol et en détaillant le facteur de conversion.
Méthode. Le facteur de conversion repose sur les masses molaires : M(CO₂) = 12 + 2×16 = 44 g/mol et M(C) = 12 g/mol. Une masse de CO₂ contient donc 12/44 ≈ 0,273 de sa masse en carbone, et inversement 1 g de C correspond à 44/12 ≈ 3,67 g de CO₂.
1. Masse de carbone = 3 × (12/44) = 3 × 0,273 ≈ 0,82 Gt C. Les 3 Gt de CO₂ ne contiennent que ~0,82 Gt de carbone.
2. Masse de CO₂ = 5,9 × (44/12) = 5,9 × 3,67 ≈ 21,6 Gt CO₂.
3. Le facteur 44/12 ≈ 3,67 entre les deux unités est important : confondre Gt C et Gt CO₂ fausse un bilan d'un facteur proche de 4. Annoncer « 10 Gt » sans préciser l'unité rend impossible toute comparaison entre émissions, absorptions et stocks. La rigueur de l'unité est donc une condition de validité de tout bilan carbone.
À partir du schéma fourni et de tes connaissances, identifie chaque flux et indique son effet sur le CO₂ atmosphérique.
Méthode. On associe chaque flèche du schéma à un processus biologique connu, puis on précise le sens du transfert de carbone et son effet sur le réservoir atmosphérique.
1. Le flux entrant dans la biosphère (atmosphère → biomasse) correspond à la photosynthèse ; le flux sortant (biomasse → atmosphère) correspond à la respiration cellulaire et à la décomposition de la matière organique morte par les décomposeurs.
2. Photosynthèse : transfert de carbone de l'atmosphère vers la biomasse → elle diminue le CO₂ atmosphérique. Respiration : transfert de la biomasse vers l'atmosphère → elle augmente le CO₂ atmosphérique. Les deux flux sont de sens opposés.
3. Les deux flux sont presque équilibrés (120 entrants contre 119 sortants), avec un très léger excédent d'absorption de ~1 Gt C/an (la PPN). À l'état naturel, le cycle court est donc quasi à l'équilibre : la biosphère ne suffit pas à elle seule à compenser un apport massif et continu de carbone fossile.
Exploite les ordres de grandeur fournis pour évaluer un argument souvent entendu sur l'origine du CO₂.
Méthode. On quantifie d'abord l'écart entre les deux flux, puis on confronte l'affirmation aux données chiffrées, et enfin on mobilise un argument géochimique indépendant.
1. Rapport = 10 / 0,3 ≈ 33. Les émissions humaines sont donc de l'ordre de plusieurs dizaines de fois supérieures aux émissions volcaniques (un facteur souvent arrondi à « ~100 fois » avec la borne basse 0,1 Gt C/an des estimations).
2. L'affirmation est fausse : les volcans émettent environ 30 fois moins de carbone que les activités humaines. Un flux aussi faible ne peut pas expliquer la hausse de 280 à plus de 420 ppm observée depuis 1850, qui suit au contraire l'augmentation de la consommation des énergies fossiles.
3. L'analyse isotopique : la matière organique végétale, et donc les combustibles fossiles qui en dérivent, est appauvrie en ¹³C. Le CO₂ atmosphérique s'appauvrit en ¹³C parallèlement à l'augmentation de sa concentration : cette signature isotopique « fossile » désigne la combustion des hydrocarbures, et non le volcanisme dont la signature est différente.
À l'aide des données du tableau, calcule le bilan net du carbone atmosphérique et déduis la hausse de concentration correspondante.
Méthode. Bilan atmosphérique net = somme des émissions − somme des absorptions, puis conversion en ppm avec le facteur 2,1 Gt C/ppm, et enfin calcul du ratio reste atmosphérique / émissions totales.
1. Émissions totales = 9,0 + 1,5 = 10,5 Gt C/an.
2. Absorption totale par les puits = 2,8 + 3,1 = 5,9 Gt C/an. Bilan net accumulé dans l'atmosphère = 10,5 − 5,9 = 4,6 Gt C/an.
3. Augmentation = 4,6 / 2,1 ≈ 2,2 ppm/an, valeur cohérente avec les ~2 à 2,5 ppm/an observés actuellement.
4. Proportion restant dans l'atmosphère = 4,6 / 10,5 ≈ 0,44, soit environ 44 % des émissions humaines. Les puits naturels n'absorbent donc qu'un peu plus de la moitié des émissions, le reste s'accumulant durablement.
À partir de la courbe de la fraction des émissions absorbée par les puits et de tes connaissances, construis une analyse argumentée.
Méthode. On lit la tendance du document, on mobilise les mécanismes physico-chimiques du puits océanique, puis on raisonne sur l'effet d'un affaiblissement des puits en termes de bilan et de rétroaction.
1. La fraction des émissions absorbée par les puits naturels passe d'environ 60 % en 1960 à environ 54 % en 2020 : elle diminue lentement mais régulièrement. Les puits absorbent donc une part de plus en plus faible des émissions, même si la masse absorbée en valeur absolue continue d'augmenter.
2. Mécanismes affaiblissant le puits océanique : (a) la solubilité du CO₂ diminue quand la température de l'eau augmente, donc un océan plus chaud dissout moins de CO₂ ; (b) l'acidification fragilise les organismes calcifiants et la pompe biologique, réduisant l'export de carbone vers les profondeurs. On peut ajouter la saturation progressive des eaux de surface en carbone dissous.
3. À émissions constantes, si les puits absorbent une fraction décroissante, la part qui reste dans l'atmosphère augmente : le bilan net atmosphérique s'accroît et la concentration en CO₂ monte plus vite. Or cette hausse de CO₂ renforce le réchauffement, qui à son tour affaiblit encore les puits : c'est une rétroaction positive qui amplifie la perturbation initiale. « Positive » désigne ici l'amplification, et non un effet bénéfique.
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