Fiche de révision
SVTEEHB

Le cycle biogéochimique de l’azote

Nodosités de l’arachide, bactéries nitrifiantes, engrais : comment l’azote de l’air devient protéine, puis retourne à l’air.

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Fiche de révision de SVTEEHB : « Le cycle biogéochimique de l’azote », proposée par ndolomath.com

Le cycle biogéochimique de l’azote

Module I : Le monde vivantSéquence 6 : Le flux d’énergie et les cycles du carbone et de l’azote dans les écosystèmesSéance 40 : Le cycle biogéochimique de l’azote
💡 Idée principale : l’azote est indispensable aux protéines et aux acides nucléiques. Le diazote N2 de l’air (78 %) n’est utilisable que par quelques bactéries fixatrices (Rhizobium des légumineuses). Dans le sol, les décomposeurs transforment la matière organique en ammonium, puis les bactéries nitrifiantes en nitrates absorbés par les plantes ; la dénitrification rend N2 à l’air.
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Étapes résumées
  1. Fixation : N₂ → NH₄⁺ par Rhizobium (nodosités), cyanobactéries, orages, industrie (engrais).
  2. Absorption : les plantes prélèvent surtout les nitrates (NO₃⁻) pour fabriquer leurs protéines.
  3. Ammonification : la matière organique morte est transformée en NH₄⁺ par les décomposeurs.
  4. Nitrification : NH₄⁺ → NO₂⁻ (Nitrosomonas) → NO₃⁻ (Nitrobacter).
  5. Dénitrification : NO₃⁻ → N₂ dans les sols mal aérés ; excès d’engrais = pollution des eaux.

Situation problème

À Bafang, M. Kamga cultive du maïs sur la même parcelle depuis des années : les rendements baissent. Un technicien lui conseille d’alterner maïs et arachide ou haricot, plutôt que d’acheter toujours plus d’engrais azoté. M. Kamga s’étonne : « Comment une plante peut-elle enrichir le sol en azote ? Et pourquoi l’air, qui contient 78 % d’azote, ne suffit-il pas au maïs ? »

Consignes :

  1. Relève le problème posé.
  2. Pourquoi le maïs ne peut-il pas utiliser l’azote de l’air ?
  3. Comment l’arachide enrichit-elle le sol en azote ?
le problème
les nodosités
le maïs
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Compétence visée

Réduire les conséquences néfastes des activités humaines sur les ressources naturelles.

Objectifs de la leçon

  • Identifier les formes et les réservoirs de l’azote.
  • Décrire les étapes du cycle de l’azote et les êtres vivants impliqués.
  • Expliquer l’intérêt des légumineuses et les risques des engrais azotés.

Les étapes du cycle de l’azote

1. Le cycle de l’azote

Document 1 : les transformations de l’azote dans l’écosystème.

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Les transformations
1

Fixation

N2 → NH4⁺ par les bactéries fixatrices (Rhizobium, cyanobactéries), la foudre ou l’industrie des engrais.
2

Ammonification

Les décomposeurs transforment protéines, urée et cadavres en ammonium NH4⁺.
3

Nitrification

Nitrosomonas : NH4⁺ → NO2⁻ ; Nitrobacter : NO2⁻ → NO3⁻ (sol aéré).
4

Assimilation

Les racines absorbent les nitrates ; la plante fabrique acides aminés et protéines, transmis aux animaux.
5

Dénitrification

Dans les sols gorgés d’eau, des bactéries transforment NO3⁻ en N2 qui retourne à l’air.
le tri
les bactéries
la protéine
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La fixation biologique : légumineuses et Rhizobium

Activité 1 : les nodosités des légumineuses

On arrache délicatement un pied d’arachide ou de haricot : ses racines portent de petites boules roses, les nodosités. On cultive aussi des haricots dans un sol stérilisé (sans bactéries) et dans un sol normal, sans engrais azoté.

Document 2 : nodosités d’une racine de légumineuse et cellules infectées par Rhizobium.

  1. Que contiennent les cellules des nodosités ?
  2. Pourquoi les haricots du sol stérilisé poussent-ils mal sans engrais ?
  3. Quel avantage la bactérie tire-t-elle de cette association ?
Ce qu’il faut comprendre : les nodosités contiennent des bactéries Rhizobium qui fixent le N2 de l’air et le transforment en ammonium utilisable par la plante. Sans bactéries (sol stérilisé), la plante manque d’azote. La plante fournit en échange des sucres issus de sa photosynthèse : c’est une symbiose.
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Application agricole

  • Alterner céréales (maïs, sorgho) et légumineuses (arachide, haricot, niébé, soja) : c’est la rotation des cultures.
  • Enfouir les résidus de légumineuses (engrais vert) enrichit le sol en azote.
  • Associer maïs et haricot dans le même champ (culture associée).

L’Homme et le cycle de l’azote

Engrais azotés : utiles mais à doser

Intérêt

Ils apportent rapidement l’azote nécessaire et augmentent les rendements.
⚖

Risques

En excès, les nitrates sont lessivés vers les rivières et les nappes : eutrophisation (prolifération d’algues, mort des poissons), eau de boisson polluée ; émission de N2O, gaz à effet de serre.
le haricot
la pollution de l’air
les protéines
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Bonnes pratiques

  • Respecter les doses recommandées et fractionner les apports.
  • Utiliser le compost et le fumier, qui libèrent l’azote progressivement.
  • Éviter les feux de brousse, qui détruisent la matière organique azotée du sol.

Trace écrite : ce que je retiens

À retenir
  • L’azote est un constituant des protéines et des acides nucléiques.
  • Le N₂ de l’air n’est utilisable que par des bactéries fixatrices (Rhizobium des légumineuses).
  • Les décomposeurs produisent l’ammonium (ammonification) ; les bactéries nitrifiantes le transforment en nitrates.
  • Les plantes absorbent les nitrates ; la dénitrification rend N₂ à l’atmosphère.
  • Les légumineuses enrichissent le sol ; l’excès d’engrais pollue les eaux (eutrophisation).
je retiens
l’engrais
le compost
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Vocabulaire à connaître

Fixation de l’azotetransformation du N₂ en composé azoté utilisable.Nodositérenflement d’une racine de légumineuse contenant des Rhizobium.Nitrificationtransformation de l’ammonium en nitrates par des bactéries.Dénitrificationtransformation des nitrates en N₂.Eutrophisationenrichissement excessif d’une eau en nutriments.

Je m’évalue

1. Quelle bactérie fixe l’azote dans les nodosités ?
2. Sous quelle forme les plantes absorbent-elles surtout l’azote ?
3. Quelles bactéries réalisent la nitrification ?
4. Quelle est la conséquence d’un excès d’engrais azotés ?

Réponses : Rhizobium · les nitrates (NO₃⁻) · Nitrosomonas puis Nitrobacter · pollution des eaux, eutrophisation. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.

je réfléchis
la culture de microbes
les microbes
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Erreurs fréquentes

  • Croire que les plantes absorbent directement le N₂ de l’air : seules certaines bactéries le peuvent.
  • Confondre nitrification (NH₄⁺ → NO₃⁻) et dénitrification (NO₃⁻ → N₂).
  • Penser que plus on met d’engrais, plus le rendement augmente sans limite.

Méthode

Pour expliquer un cycle de l’azote : suis un atome d’azote depuis l’air jusqu’à une protéine animale et retour, en nommant à chaque étape la forme chimique (N₂, NH₄⁺, NO₂⁻, NO₃⁻, protéine) et l’organisme qui la transforme.

Activité d’intégration

Près du lac de Bamendjing, des cultivateurs utilisent de grandes quantités d’engrais azotés sur leurs champs de maïs. Les pêcheurs constatent que l’eau du lac verdit et que les poissons meurent en saison sèche.

  1. Explique le lien entre les engrais azotés et le verdissement du lac.
  2. Explique comment les légumineuses pourraient remplacer en partie les engrais.
  3. Propose trois conseils pour les cultivateurs.

La correction détaillée de cette activité et d’autres sujets type est dans les cours et exercices corrigés.

les poissons
le poisson
le cycle
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