Cours 10 - Le cycle de l'azote

Question 1

Vrai ou Faux: L’azote limite souvent la production primaire, et ce, terrestre et océanique.

Answer 1

Vrai.

Question 2

Globalement, qu’est-ce qui va contrôler le cycle de l’azote?

Answer 2

Les microogranismes. Ils vont profiter des différents degrés d’oxydation de l’azote (NH3 (-3) jusqu’à NO3 (+5)) pour maintenir leur réactions vitales.

Question 3

Que sont les 3 plus grands réservoirs de l’azote? Qu’est-ce qui explique que plus grand réservoir contiennent nettement plus d’azote que les deux autres?

Answer 3

1. L’atmosphère (3.9x10^21 g N). Durant la formation de l’atmosphère primitive, l’azote ne s’est pas dissout dans l’océan comme les autres gaz (car l’azote est très peu soluble dans l’eau), donc il est resté dans l’atmosphère.
2. Les océans (570x10^15 g N).
3. Les sols (95-140x10^15 g N organic).

Question 4

Qu’est-ce qui explique que l’azote inorganique a un temps de résidence très court dans son réservoir terrestre?

Answer 4

L’azote inorganique va être très rapidement utilisé par les végétaux terrestres. La végétation terrestre a 3.8x10^15 g N en circulation.

Question 5

En utilisant les ratios C/N moyens de la biomasse terrestre et de la matière organique des sols, expliquez comment l’azote est un élément limitant.

Answer 5

Le ratio C/N de la biomasse terrestre est de 160 et celui des sols est de 15. Il y a donc 10.67 plus d’azote dans la biomasse terrestre que ce qui est disponible dans le sol. Ceci explique pourquoi l’azote est souvent limitant.

Question 6

Qu’est-ce qui explique que l’azote atmosphérique est généralement indisponible pour la majorité des organismes?

Answer 6

Le diazote (N2) qui se retrouve dans l’atmosphère à un lien triple entre ces deux atomes d’azote. Ce lien est très fort, ce qui rend le diazote quasiment inerte.

Question 7

Qu’est-ce qui va être responsable de la fixation d’azote?

Answer 7

• Les éclairs (très faible pourcentage)
• L’activité des bactéries libres ou symbiotiques (+++ important)
• La fixation d’azote industrielle (anthropique)

Question 8

Décrivez le processus de fixation d’azote abiotique.

Answer 8

Éclairs:
N2 + O2 + éclairs -> 2NO
2NO + O2 -> 2NO2
2NO2 + H2O (pluie) -> HNO2 + HNO3.

Question 9

Vrai ou Faux: Les besoins en azote des plantes terrestres sont plus ou moins équivalent au taux de fixation annuel d’azote par les bactéries et les éclairs.

Answer 9

FAUX! La croissance des plantes exige 1200x10^12 g N par an, tandis que la fixation produit seulement 120x10^12 g N (bactéries) + 5x10^12 g N (éclairs).

Question 10

D’où provient la majorité de l’azote utilisé par les plantes terrestres?

Answer 10

Du recyclage interne de l’azote.

Question 11

Décrivez brièvement les sources anthropiques de l’azote en ordre d’importance.

Answer 11

1. Production de fertilisant azotés (136 x 10^12g N/an)
2. Culture de plantes fixatrices d’azote (60 x 10^12g N/an)
3. Utilisation des combustibles fossiles (25 x 10^12g N/an)

Question 12

Décrivez le processus de production de fertilisants azotés.

Answer 12

3CH4 + 6H2O -> 3CO2 + 12H2

4N2 + 12H2 -> 8NH3

Question 13

Décrivez les sources et les puits des NOx.

Answer 13

Sources:
-Combustibles fossils
-Émissions du sol
-Brûlement de biomasse (feux de forêts)
-Éclairs
-Oxidation du NH3.
-Transport aérien
-Stratosphère
Puits:
-Dépots sur la terre
-Dépots dans l'océan

Question 14

Décrivez les grandes étapes du cycle de l’azote microbien.

Answer 14

Fixation: Le diazote atmosphérique est transformé en azote organique.
Ammonification: L’azote organique est rapidement transformé en NH3 et en NH4+.
Nitrification: Le NH3 et NH4+ est transformé en NO2 et en NO3. Les NOx vont être assimiler par les plantes pour la photosynthèse et va être retransformé en N2 organique, qui va être recycler par ammonification.
Dénitrification: Les NOx vont être enfouis jusqu’à des sols anaérobique et vont être retransformé en N2 inorganique. Une fraction des NO3 sont perdus en tant que N2O avec un ratio N2/N2O de 22.
Pyrodénitrification: Des feux de forêts vont venir volatiliser l’azote présent dans la biomasse végétale sous forme de NH3, NOx et N2.

Question 15

Décrivez les flux d’azote océaniques en ordre d’importance.

Answer 15

Apports:
1. Fixation biologique (55%)
2. Dépots atmosphériques (24%)
3. Apports des rivières (21%). 
Pertes:
1. Dénitrification (97%)
2. Enfouissement (3%)

Question 16

Vrai ou Faux: Le recyclage océanique est moins important dans le cycle de l’azote océanique que le recyclage terrestre dans le cycle de l’azote terrestre.

Answer 16

Faux - les deux sont très importants. Le recyclage océanique est même peut-être plus important relatif à l’apport.

Question 17

Pourquoi peut-on affirmer qu’il y avait probablement une haute pression sur les organismes primitifs pour développer la fixation d’azote?

Answer 17

Les apports d’azote dans l’océan primitif était entièrement atmosphérique, et comme vu, l’azote atmosphérique est très inerte. Seulement les éclairs pouvaient fixer l’azote, donc l’azote océanique était très limitant pour les organismes primitifs. L’évolution de la fixation d’azote était donc très importante pour les organismes marins.

Question 18

Décrivez le processus de dénitrification.

Answer 18

5CH2O + 4H+ + 4NO3- -> 2N2 + 5CO2 + 7H2O.

Question 19

Décrivez le processus de nitrification.

Answer 19

2NH4+ + 3O2 -> 2NO2- + 2H2O + 4H+

2NO2- + O2 -> 2NO3-

Question 20

Pourquoi est-ce qu’on peut affirmer que la nitrification est apparue après la photosynthèse oxygénique? Comment également expliquer qu’il est impossible de savoir si la dénitrification est apparue avant ou après la photosynthèse oxygénique?

Answer 20

La présence d’oxygène dans la nitrification indique qu’il devait nécessairement avoir de l’oxygène dans l’atmosphère pour pouvoir avoir de la nitrification. Conversement, la dénitrification ne requiert pas de photosynthèse et se produit dans un milieu anaéoribique. La dénitrification étant responsable pour le TRM de l’azote même avant l’influence biotique, il est impossible de savoir si la photosynthèse ou la dénitrification est apparue en premier.

Question 21

Vrai ou Faux: Le taux de dénitrification est contrôlé par le taux de nitrification responsable de la production de NO3-.

Answer 21

Vrai.

Question 22

Vrai ou Faux: On peut utiliser le ratio N14/N15 pour reconstruire les variations géologiques de la chimie océanique de l’azote parce que les bactéries dénitrifiantes préfèrent le N15.

Answer 22

Faux: Les bactéries préfèrent le N14 car il est plus léger. Le reste de la phrase est cependant vrai.

Question 23

Pourquoi le N2O est-il important?

Answer 23

Le N2O est un gaz à effet de serre qui est 300 fois plus puissant que le CO2, et il a un TRM de 120 ans, donc il est relativement uniforme dans l’atmosphère.

Question 24

D’où provient l’augmentation en N2O atmosphérique observé depuis l’ère industrielle?

Answer 24

Elle provient d’une augmentation dans la dénitrification (assumant que le ratio N2/N2O reste 22) associée à la fertilisation en azote des écosystèmes par les activités humaines.

Question 25

Décrivez les sources et les puits de N2O.

Answer 25

Sources:
Naturelles:
-Sols (35%)
-Océans (65%) (dénitrification importante)
Anthropiques:
-Agriculture (37%)
-Élevage de ruminants (37%)
-Feux de forêts
-Industrie et transport
-Sewage (I forgot the french word but ye)
Puits:
-Destruction stratosphérique (puit de loin principal)
-Sols
-Augmentation atmosphérique

Question 26

Comment l’utilisation d’engrais en agriculture pourrait-t-il augmenter la quantité d’N2O relâché par les océans?

Answer 26

50% de l’azote dans les engrais va se retrouver dans les rivières et va éventuellement se retrouver dans l’océan. Une augmentation d’azote dans les océans, particulièrement dans les zones cotières, va forcément augmenter le flux du cycle de l’azote et donc la quantité de dénitrification. Plus de dénitrification océanique signifie donc plus de relâchement océanique de N2O.