L'océan et la vie dans l'océan façonnent la Terre.
Suivez la matière dans l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la lithosphère. Reliez le cycle des roches et la tectonique des plaques aux cycles océaniques du carbone, du phosphore, de l’azote et de la silice.
Question principale : Comment les processus océaniques et les organismes marins font-ils circuler la matière et construisent-ils ou transforment-ils les matériaux terrestres ?
Niveau scolaire NMEA: Classes 9–12
Les guides pour les autres niveaux scolaires sont en préparation.
Suivez la matière entre les réservoirs terrestres, distinguez recyclage et stockage à long terme, et expliquez comment la vie marine et les activités humaines modifient ces voies.
Objectifs d’apprentissage
Expliquez comment altération, subduction, sédimentation, accrétion et volcanisme relient océan et continents.
Distinguez les voies du carbone organique et inorganique, notamment la formation des carbonates et les combustibles fossiles.
Comparez absorption, régénération, enfouissement et apports humains de phosphore et d’azote.
Expliquez comment les structures siliceuses peuvent se dissoudre ou intégrer les archives sédimentaires.
Expliquez ce principe
Pourquoi c'est important
Le CFD relie géologie et biologie par les déplacements et transformations de la matière. Les élèves peuvent comparer le recyclage rapide dans l’eau de mer et les réseaux trophiques à l’enfouissement, la formation des roches, le soulèvement et l’altération, plus lents.
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Suivez une voie du cycle des roches
Activité des élèves
Utilisez la branche A du CFD et la carte des reliefs océaniques pour tracer une voie depuis une roche continentale altérée jusqu’au sédiment océanique, à la subduction ou l’accrétion et au soulèvement. Nommez chaque processus.
Question à la classe
En quoi la sédimentation diffère-t-elle de la subduction ou de l’accrétion ?
Éléments à repérer dans les réponses
Dépôt et transport redistribuent les sédiments ; la subduction recycle la lithosphère, tandis que l’accrétion ajoute des matériaux à une plaque.
Utilisez CFD B2–B11 pour suivre le carbone organique dans la biomasse et la respiration, puis le carbone inorganique dans une coquille, la dissolution ou l’enfouissement et la formation des roches.
Question à la classe
Quelles voies recyclent rapidement le carbone et lesquelles peuvent le stocker plus longtemps ?
Éléments à repérer dans les réponses
Respiration et dissolution rendent le carbone aux réservoirs inorganiques ; une partie est enfouie dans les roches ou les combustibles fossiles. Leur combustion restitue du dioxyde de carbone à l’atmosphère.
Utilisez CFD B12–B18 pour relier altération des roches, phosphore dissous, producteurs, consommateurs, régénération, remontées d’eau et enfouissement. Ajoutez un apport d’engrais ou d’eaux usées.
Question à la classe
Pourquoi un nutriment essentiel devient-il problématique lorsque son apport augmente trop ?
Éléments à repérer dans les réponses
Le phosphore soutient la croissance, mais des apports excessifs peuvent entraîner l’eutrophisation et modifier les réseaux trophiques ; une partie suit la voie sédimentaire plus lente.
Identifiez les transformations du cycle de l’azote
Activité des élèves
Utilisez CFD B19–B25 pour expliquer pourquoi l’azote atmosphérique doit être transformé avant que la plupart des organismes puissent l’utiliser. Comparez ce cycle à celui du phosphore.
Question à la classe
Quel rôle jouent les microorganismes fixateurs d’azote ?
Éléments à repérer dans les réponses
Ils rendent l’azote disponible pour les voies biologiques. L’azote change de forme chimique, circule dans les réseaux trophiques et peut être enfoui ou apporté par les activités humaines.
Utilisez CFD B26–B32 pour suivre la silice depuis l’altération jusqu’à une diatomée ou une éponge, puis comparez dissolution et enfouissement. Ajoutez la voie qui expose de nouveau la roche à terre.
Question à la classe
Chaque squelette siliceux devient-il une roche ?
Éléments à repérer dans les réponses
La plupart de la silice biogénique se dissout ; une fraction moindre entre dans les sédiments et matériaux sédimentaires. Remontées d’eau, soulèvement et altération reconnectent les parties du cycle.
Suivez un élément depuis une source terrestre jusqu’à la vie océanique, puis dans une roche sédimentaire et de nouveau vers l’océan. Identifiez une voie de recyclage plus courte et une influence humaine sur le cycle.
Explorer les concepts
Cycle des roches et tectonique des plaquesAltération, érosion, sédimentation, accrétion et volcanisme relient continents et océan.
Les roches se dégradent et leurs matériaux rejoignent l’océan.
L’altération et l’érosion dégradent les roches ; les cours d’eau et les dépôts atmosphériques transportent une grande partie de leurs produits vers l’océan. Les matériaux y restent pendant des durées différentes, appelées temps de résidence. Dégradation, formation, subduction et soulèvement des roches s’inscrivent dans un cycle continu.
Les plaques océaniques plus denses peuvent descendre sous les plaques continentales. La subduction peut soulever les marges continentales et y ajouter des roches et sédiments océaniques raclés de la plaque plongeante. Fosses, arcs insulaires, stratovolcans et certaines chaînes de montagnes sont associés à la subduction ; ces limites sont fréquentes autour du Pacifique.
Certaines roches et certains sédiments océaniques descendent dans le manteau supérieur avec une plaque en subduction ; d’autres matériaux sont raclés et ajoutés à la marge continentale. Ce sont des destinations différentes dans le cycle des roches.
Sédimentation, accrétion et volcanisme forment de nouvelles roches.
La sédimentation comprend le dépôt de particules sous l’effet de la gravité et les matériaux déplacés sur le fond par les courants ou les vagues. L’accrétion ajoute des matériaux à une plaque tectonique. Avec le soulèvement, les variations du niveau marin et l’action des vagues, ces processus réorganisent les matériaux terrestres. Le volcanisme aux limites et à l’intérieur des plaques forme de nouvelles roches par des processus magmatiques.
Le soulèvement et l’érosion peuvent mettre à nu des roches magmatiques comme des roches sédimentaires. Cette exposition révèle un matériau existant ; le volcanisme forme de nouvelles roches magmatiques par refroidissement du magma ou de la lave.
Cycle du carboneSuivez le carbone rapidement recyclé et les voies plus longues passant par les sédiments, les roches et les combustibles fossiles.
L’océan relie les réservoirs chimiques de la Terre.
La matière circule dans l’atmosphère, l’hydrosphère, la biosphère et la lithosphère. L’océan joue un rôle majeur dans des cycles essentiels à la vie. L’eau de mer contient des éléments à diverses concentrations, dont carbone, phosphore, azote, soufre, oxygène, fer, zinc, calcium, sodium et potassium ; certains organismes ont aussi besoin de silicium ou de strontium.
Le carbone passe entre formes inorganiques et organiques.
L’océan est le plus grand réservoir de carbone organique et inorganique à recyclage rapide. Le dioxyde de carbone atmosphérique y entre par diffusion, mélange et entraînement de bulles. Le carbone existe sous des formes inorganiques dissoutes, comme le dioxyde de carbone, le bicarbonate et le carbonate ; dans des composés organiques comme les glucides, les lipides et les acides aminés ; et dans des particules, dont les organismes vivants et morts. Photosynthèse et chimiosynthèse transforment le carbone inorganique en matière organique ; la respiration en restitue une grande partie sous forme inorganique. Une partie du carbone organique coule, s’accumule et peut devenir un combustible fossile.
Le brassage comprend la convection lorsque des différences de densité provoquent des mouvements verticaux de l’eau, échangeant des matières dissoutes entre les couches.
Les coquilles carbonatées relient la vie au cycle des roches.
Les coraux et d’autres organismes utilisent le carbone inorganique dissous pour former des coquilles et squelettes en carbonate de calcium. Une grande partie se dissout en profondeur ; une autre s’accumule dans les calcaires, la craie et les bancs carbonatés. Soulèvement, accrétion et variations du niveau marin peuvent exposer à terre des roches sédimentaires marines, dont l’altération et l’érosion ramènent les matériaux vers l’océan. La combustion des combustibles fossiles libère du dioxyde de carbone dans l’atmosphère, modifiant le climat et le pH océanique.
Les sédiments contenant du carbone organique et les sédiments de carbonates inorganiques peuvent suivre de longs parcours géologiques : enfouissement, formation de roches, soulèvement et exposition. L’altération et l’érosion ramènent des matériaux dans le cycle actif du carbone ; l’oxydation du carbone organique exposé peut libérer du dioxyde de carbone. Ce retour géologique est distinct de la combustion humaine de combustibles fossiles.
Cycle du phosphoreSuivez le phosphore depuis les roches altérées à travers les organismes, l’eau de mer et les sédiments.
Le phosphore entre dans des composés cellulaires essentiels.
Toute forme de vie a besoin de phosphore pour des composés comme l’ATP, l’ADN et les phospholipides. L’altération des roches continentales est sa principale source océanique. Le phosphore existe sous des formes inorganiques dissoutes comme le phosphate, sous des formes organiques, dans des particules comme les minéraux d’apatite et dans les organismes vivants et morts.
Recyclage biologique et enfouissement créent des voies différentes.
Le phytoplancton et les autres producteurs primaires absorbent le phosphore dissous, qui circule ensuite dans les réseaux trophiques. Respiration et régénération restituent le phosphore organique sous forme inorganique dissoute ; les remontées d’eau le ramènent vers la surface. Une partie du phosphore organique et inorganique s’accumule dans les sédiments et entre dans les roches sédimentaires. Soulèvement, accrétion, variations du niveau marin, altération et érosion reconnectent ce stock durable à l’océan. Engrais et eaux usées peuvent apporter du phosphore par les voies d’eau, favorisant l’eutrophisation et modifiant les réseaux trophiques.
Cycle de l’azoteDistinguez l’abondant azote atmosphérique des formes utilisables par les organismes.
Les microorganismes transforment l’azote en formes utilisables.
La vie a besoin d’azote pour les acides aminés et les protéines. La plupart des organismes ne peuvent pas utiliser directement l’azote gazeux atmosphérique. Certaines bactéries, dont les cyanobactéries, fixent l’azote sous des formes qui peuvent intégrer la biomasse et soutenir d’autres organismes. L’azote circule entre nitrate, nitrite, ammonium et composés organiques par fixation, nitrification, dénitrification, assimilation, ammonification et oxydation anaérobie de l’ammonium.
Les composés azotés présentent différents états d’oxydation : nitrate, nitrite et ammonium participent à diverses transformations chimiques et biologiques. L’urée est un composé organique azoté ; une liste des formes d’azote doit distinguer l’état chimique du rôle biologique.
L’azote circule dans les réseaux trophiques, les sédiments et les apports humains.
Les producteurs primaires absorbent l’azote dissous ; les consommateurs l’obtiennent par les réseaux trophiques. Respiration et régénération restituent l’azote organique sous forme inorganique dissoute, et les remontées d’eau le ramènent vers la surface. Une partie de l’azote organique est enfouie dans les roches sédimentaires, que soulèvement, accrétion et variations du niveau marin peuvent exposer à l’altération et à l’érosion. Engrais, eaux usées et combustion des combustibles fossiles apportent de l’azote par l’eau ou l’atmosphère ; les excès peuvent favoriser l’eutrophisation et modifier les réseaux trophiques.
Cycle de la siliceReliez l’altération des minéraux aux parties dures des organismes et à leurs archives sédimentaires.
Certains organismes construisent des parties dures en silice.
Diatomées, radiolaires et certaines éponges construisent des structures siliceuses, notamment frustules, tests, épines et spicules. L’altération continentale et l’activité volcanique apportent du silicium à l’océan ; les rivières transportent les produits d’altération vers la mer. Le silicium existe sous des formes dissoutes et dans des particules, dont les minéraux et les matériaux squelettiques biologiques.
Dissolution, enfouissement et altération complètent le cycle.
La plupart de la silice biogénique se dissout après la mort des organismes ; les remontées d’eau ramènent le silicium dissous vers la surface. Une fraction moindre est enfouie et transformée en matériaux sédimentaires comme le chert, la diatomite et les minéraux argileux. Soulèvement, accrétion et variations du niveau marin peuvent les exposer à terre, où altération et érosion les renvoient vers l’océan. Les modifications humaines de l’altération continentale, dont les pluies acides, et du cycle de l’eau peuvent changer l’apport de silicium à l’océan.
Utilisez le récif comme exemple avec CFD B7–B10 ; distinguez les structures vivantes des voies ultérieures de dissolution et d’enfouissement.
Découvrez ce principe grâce à la plateforme
WebGIS
Localisez les reliefs océaniques et discutez des processus géologiques de la branche A du CFD. Utilisez la fiche originale pour suivre les cycles chimiques.
Adapté du CFD de NMEA pour le principe 2, niveaux 9–12 (2021, page 61 du manuel). Le guide suit la branche du cycle des roches et les quatre cycles biogéochimiques. Les tâches de classe et les liens vers la plateforme sont des propositions pédagogiques de Blue Biome, et non des activités fournies par NMEA.
Concepts et liens de la source
Les notes ci-dessous, en anglais, reformulent la source NMEA. Elles expliquent aussi les adaptations nuancées et les références corrigées.
A · Les roches se dégradent et leurs matériaux rejoignent l’océan.
Weathering and erosion move land-derived rock material into the ocean as rocks continually form and break down.
Notes sur l’adaptation (en anglais)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Lire l’explicationA1 · Les roches se dégradent et leurs matériaux rejoignent l’océan.
Weathering, erosion, subduction, and uplift break down and recycle rocks.
Lire l’explicationA2 · Les roches se dégradent et leurs matériaux rejoignent l’océan.
Rivers and atmospheric deposition deliver weathering products.
Dense oceanic plates subduct beneath continental plates and can cause continental uplift.
Notes sur l’adaptation (en anglais)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Subducted plate boundaries characterize parts of the ocean such as the Pacific Rim.
Lire l’explicationA7 · Sédimentation, accrétion et volcanisme forment de nouvelles roches.
Accretion, sedimentation, volcanism, and igneous processes continually form rocks.
Lire l’explicationA8 · Sédimentation, accrétion et volcanisme forment de nouvelles roches.
Accretion adds material to a tectonic plate.
the diagram connects this with subduction, uplift, sea-level change, and waves.
Notes sur l’adaptation (en anglais)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Lire l’explicationA9 · Sédimentation, accrétion et volcanisme forment de nouvelles roches.
Sedimentation includes gravity settling and material moved along the seafloor by waves or currents.
Lire l’explicationA10 · Sédimentation, accrétion et volcanisme forment de nouvelles roches.
Volcanism at plate boundaries and within plates and other igneous processes create rock formations.
Uplift and erosion expose igneous and sedimentary rocks.
Lire l’explicationB · L’océan relie les réservoirs chimiques de la Terre.
The ocean is central to biogeochemical cycles essential for life.
Lire l’explicationB1 · L’océan relie les réservoirs chimiques de la Terre.
Elements occur in seawater at different concentrations.
many are essential to life, while silicon and strontium are needed by some organisms.
Lire l’explicationB2 · Le carbone passe entre formes inorganiques et organiques.
The ocean is the largest reservoir of rapidly cycling organic and inorganic carbon.
Lire l’explicationB3 · Le carbone passe entre formes inorganiques et organiques.
Atmospheric carbon dioxide enters through diffusion, mixing, and bubbles.
ocean carbon occurs in dissolved organic and inorganic forms and in particles and organisms.
Convective mixing exchanges carbon-containing materials between water layers.
Notes sur l’adaptation (en anglais)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Lire l’explicationB4 · Le carbone passe entre formes inorganiques et organiques.
Photoautotrophs and chemoautotrophs fix inorganic carbon into organic matter.
Lire l’explicationB5 · Le carbone passe entre formes inorganiques et organiques.
Respiration converts much organic carbon back to inorganic carbon.
Lire l’explicationB6 · Le carbone passe entre formes inorganiques et organiques.
Some organic carbon sinks, accumulates on the seafloor, and may become fossil fuel.
Lire l’explicationB7 · Les coquilles carbonatées relient la vie au cycle des roches.
Organisms use dissolved inorganic carbon to form calcium carbonate shells and skeletal parts.
Lire l’explicationB8 · Les coquilles carbonatées relient la vie au cycle des roches.
Much shell-derived calcium carbonate dissolves in the deep ocean.
Lire l’explicationB9 · Les coquilles carbonatées relient la vie au cycle des roches.
Some shell and coral carbonate accumulates in limestone, chalk, and carbonate banks.
Lire l’explicationB10 · Les coquilles carbonatées relient la vie au cycle des roches.
Uplift, accretion, and sea-level change can expose carbon-bearing marine rocks to weathering and erosion on land.
Organic and inorganic sedimentary carbon both have geological return pathways through uplift, exposure and weathering.
Lire l’explicationB11 · Les coquilles carbonatées relient la vie au cycle des roches.
Fossil-fuel combustion transfers organic carbon to atmospheric carbon dioxide and affects climate and ocean pH.
Lire l’explicationB12 · Le phosphore entre dans des composés cellulaires essentiels.
Life needs phosphorus for ATP, DNA, and phospholipids.
Lire l’explicationB13 · Le phosphore entre dans des composés cellulaires essentiels.
Weathering of terrestrial rocks is the main ocean phosphorus source.
Lire l’explicationB14 · Le phosphore entre dans des composés cellulaires essentiels.
Ocean phosphorus occurs in dissolved inorganic and organic forms, particles including apatite, and organisms.
Notes sur l’adaptation (en anglais)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Lire l’explicationB15 · Recyclage biologique et enfouissement créent des voies différentes.
Producers take up phosphorus, food webs transfer it, regeneration returns inorganic forms, and upwelling returns phosphorus to the surface.
Lire l’explicationB16 · Recyclage biologique et enfouissement créent des voies différentes.
Some organic and inorganic phosphorus enters sediments and later sedimentary rocks.
Notes sur l’adaptation (en anglais)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Lire l’explicationB19 · Les microorganismes transforment l’azote en formes utilisables.
Life needs nitrogen for amino acids and proteins.
most organisms cannot directly use atmospheric nitrogen gas.
Lire l’explicationB20 · Les microorganismes transforment l’azote en formes utilisables.
Nitrogen-fixing bacteria including cyanobacteria make nitrogen available to marine life.
Lire l’explicationB21 · Les microorganismes transforment l’azote en formes utilisables.
Biological transformations cycle nitrogen among inorganic and organic forms through fixation, nitrification, denitrification, assimilation, ammonification, and anaerobic ammonium oxidation.
Nitrogen forms have different oxidation states; urea is an organic nitrogen compound.
Lire l’explicationB22 · L’azote circule dans les réseaux trophiques, les sédiments et les apports humains.
Producers take up nitrogen, food webs transfer it, regeneration returns inorganic forms, and upwelling returns nitrogen to the surface.
Lire l’explicationB23 · L’azote circule dans les réseaux trophiques, les sédiments et les apports humains.
Some organic nitrogen enters sediments and becomes organic matter in sedimentary rocks.
Notes sur l’adaptation (en anglais)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Lire l’explicationB24 · L’azote circule dans les réseaux trophiques, les sédiments et les apports humains.
Uplift, accretion, and sea-level changes expose nitrogen-bearing marine rocks to weathering and erosion.
Lire l’explicationB25 · L’azote circule dans les réseaux trophiques, les sédiments et les apports humains.
Nitrogen from fertilizers, wastewater, and fossil-fuel combustion reaches the ocean through water or air and can fuel eutrophication and alter food webs.
Notes sur l’adaptation (en anglais)
Treat eutrophication as nutrient enrichment that can promote blooms and alter food webs, not as a synonym for harmful algal blooms.
Lire l’explicationB26 · Certains organismes construisent des parties dures en silice.
Diatoms, radiolarians, and sponges use silica for hard parts such as tests, frustules, spines, and spicules.
Lire l’explicationB27 · Certains organismes construisent des parties dures en silice.
Weathering and volcanic activity supply ocean silica.
rivers transport land-weathering products.
Lire l’explicationB28 · Certains organismes construisent des parties dures en silice.
Ocean silicon occurs in dissolved forms and in particulate minerals and biogenic skeletons.
Notes sur l’adaptation (en anglais)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.