Structure cristalline de la glace de CO

 

 (D'après Ben Mills)

 

Empreinte carbone, taxe carbone, il faut décarboner notre économie, notre alimentation... L'élément carbone est l'élément chimique dont on entend le plus parler en ce moment: pourquoi?

L’élément carbone est un élément qui voyage entre les quatre enveloppes de la Terre que sont l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la géosphère ; ce TP vous propose de découvrir comment se font quelques transferts de carbone entre les différentes enveloppes de la Terre.

Quelques expériences simples vont permettre d’identifier les différentes enveloppes terrestres comme réservoirs de carbone.

Expérience 1 :

  • Vous disposez d’une bougie ; allumez-la puis recouvrez le tout d’un bêcher.

Notez le résultat.

Trouvez de quel réservoir viennent en général les bougies qui sont formées de parafine.

En allumant une bougie, on a réalisé un transfert de carbone de ……………………vers ……………………

Avec l’allumette, on a réalisé un transfert de carbone de ……………………vers ……………………

 

Expérience 2 :

  • Vous disposez de deux cristallisoirs avec de l’eau de chaux (qui contient du calcium dissout dans l’eau), et de l’eau du robinet (qui ne contient pas de calcium), laissés au contact de l’air plusieurs jours.

Notez le résultat.

Dans le cristallisoir avec de l'eau de chaux, on a réalisé un transfert de carbone de ……………………vers ……………………

 

Expérience 3 :

  • Réalisez le montage suivant : dans le tube contenant la craie, versez quelques gouttes d’une eau gazeuse

Notez le résultat.

En versant de l'eau sur de la craie, on a réalisé un transfert de carbone de ……………………vers ……………………

 

Expérience 4 (déjà réalisée) :

  • On a déjà soufflé lentement à l’aide d’une paille dans un tube à essai rempli avec de l’eau de chaux.

Rappelez le résultat.

En soufflant, on a réalisé un transfert de carbone de ……………………vers ……………………

 

Photos d’écorce de fougères géantes datant du carbonifère

   

A gauche : écorce de Sigila sigilaria A droite : écorce de Lépidodendron

Observation 1 :

  • Vous disposez d’un morceau de charbon: observer les traces fossiles présentes sur le morceau, les nommer.
  • Proposez une hypothèse sur l’origine du charbon.

Lors de la formation du charbon, il y a eu un transfert de carbone de ……………………vers ……………………


Observation 2 :

Le rouge de crésol est un colorant de la famille des sulfone phtaléines utilisé comme indicateur de pH. Zone de virage : 7,4 (jaune) -> 9,0 (pourpre)

  • Faites une comparaison des tubes contenant les élodées avec les tubes témoins.

Avec les Élodées à l’obscurité, il y a eu un transfert de carbone de ……………………vers ……………………
Avec les Élodées à la lumière, il y a eu un transfert de carbone de ……………………vers ……………………

Observation 3 :
Les débris de végétaux et les cadavres d’animaux enrichissent le sol en matière organique, comme ce fut le cas dans l'expérience visible sur les photos qui se trouvent à la fin du message.

Les micro-organismes, bactéries et les décomposeurs du sol, champignons, utilisent cette matière organique comme source d’énergie grâce à la respiration, ce qui la transforme en matière minérale.

Dans ce cas-là, il y a eu un transfert de carbone de ……………………vers ……………………


Réactions chimiques se produisant lors de ces transferts de carbone.

Respiration et Photosynthèse :  6 CO2 + 6 H2O + énergie lumineuse <=> C6H12O6 + 6 O2   

avec C6H12O = glucose

Dissolution et précipitation :  2H2O + 2CO <=> 2HCO3- + 2H <=> 2HCO3- + Ca2+ <=> CaCO3 + 2H+

avec CaCO3 = calcaire dont est faite la craie.

 

Combustion : hydrocarbure ou bois + nO2 => xCO2 + zH2O

 

3. Bilan
A partir des différentes informations apportées par cette étude, construire un cycle du carbone en indiquant les 4 réservoirs à carbone et en les reliant par des flèches en fonction des transferts existants.
Indiquer sur ces flèches le nom du transfert correspondant.

A J+0, des pelures d'oranges ont été jetées dans un saut de terre humide puis le saut est refermé et socké dans un espace chauffé à 21°C

Unknown

Résultat à J+5 puis à J+7

Unknown-1Unknown-2

A J+9 puis J+11

Unknown-3Unknown-4

Résultat à J+17

Unknown-5

(Photos: Michel Patalano)

 

Exercice:

Prenons un chêne centenaire de 20 tonnes de bois (poids sec)

Capture d’écran 2020-11-01 à 15

 

Il possède environ 10 tonnes de carbone contenu dans les molécules de lignine, le principal composé du bois, le reste du carbone est stocké sous forme de cellulose.
Pour faire ces 10 tonnes de bois, on se demande combien de tonnes de CO aura absorbé et combien de tonnes de dioxygène il aura rejeté.

Voici l'équation simplifiée de la photosynthèse sur laquelle nous allons travailler:

CO2 → C (Carbone) + O2

  • Vu les masses atomiques respectives du Carbone = 12 g et de l'Oxygène = 16 g, lorsque 12 g de Carbone sont fixés dans le bois, combien de g de CO2 sont absorbés et combien de g de O2 sont rejetés ?

CO2 → C (Carbone) + O2

? g => 12 g + ? g

  • Faites la même chose mais miantenant avec 10 tonnes de carbone fixés:

? t => 10 t +  ? t

 

=> Quand les plantes vivent elles fabriquent de grandes quantités d'oxygène et absorbent de grandes quantités de CO2

Mais ! les arbres sont mortels.

Quand un chêne meurt, il est la proie d’insectes xylophages, de moisissures... qui se « nourrissent » de lignine.
Au bout de quelques années, tout le bois aura été décomposé par des organismes qui respirent :

 C (Carbone) + O2 => CO2

12g + 32g => 44g

10t + 26t =>36t

Cette respiration absorbera 26 tonnes d’O2 qui oxyderont les 10 tonnes de carbone du bois, ce qui produira 36 tonnes de CO2.
Constat : on est revenu au point de départ, et le bilan est totalement nul :

Ni CO2 absorbé, ni O2 produit !

=> Quand les plantes meurent, les insectes xylophages, les moisissures renvoient de grandes quantités de CO2 et absorbent de grandes quantités d'oxygène.

Tous les écosystèmes sont à l’équilibre; des forets amazoniennes au phytoplancton océanique, tous ont un bilan nul vis-à-vis de l’O2 et du CO2 atmosphérique.

Conclusion: les flux de carbone entre atmosphère et biosphère sont en équilibre.