De la photosynthèse ancienne aux combustibles fossiles

Introduction

Lorsque tu allumes une lampe, que tu prends la voiture ou que tu chauffes une maison, tu utilises peut-être sans le savoir une énergie qui trouve son origine… dans le Soleil d’il y a plusieurs centaines de millions d’années. En effet, les combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) proviennent de la matière organique produite par la photosynthèse passée. Cette énergie solaire ancienne, piégée dans la roche au fil du temps, a été le moteur de la révolution industrielle et demeure aujourd’hui une ressource essentielle, mais problématique pour l’avenir. Comprendre ce lien entre photosynthèse ancienne, formation des combustibles fossiles et enjeux énergétiques permet aussi de mieux saisir les liens entre science, société et environnement.

La photosynthèse ancienne et la formation des combustibles fossiles

Les organismes chlorophylliens (plantes, algues, cyanobactéries – bactéries primitives capables de photosynthèse, responsables de la première oxygénation de l’atmosphère terrestre il y a plus de 2,4 milliards d’années) transforment l’énergie lumineuse en énergie chimique. La réaction simplifiée est :

$6 \, CO_2 + 6 \, H_2O \xrightarrow{\text{lumière}} C_6H_{12}O_6 + 6 \, O_2$

Elle produit donc du glucose (ou des équivalents organiques) à partir d’eau et de dioxyde de carbone, en libérant du dioxygène. C’est ce processus qui a façonné l’atmosphère actuelle : le dioxygène présent aujourd’hui dans l’air (≈ 21 %) provient presque exclusivement de la photosynthèse passée. Cet événement majeur, la Grande Oxydation, a permis l’apparition de formes de vie plus complexes et a modifié durablement la composition de la planète.

La production primaire nette (quantité de carbone fixé par photosynthèse après respiration des producteurs) est aujourd’hui d’environ 100 GtC/an (100 milliards de tonnes de carbone). Pourtant, seule une fraction infime de cette biomasse échappe à la décomposition.

• Dans les milieux continentaux humides comme les marécages (zones saturées en eau où les végétaux se décomposent très lentement, en conditions anaérobies), l’enfouissement de matière végétale a conduit à la formation du charbon.

• Dans les milieux marins, l’accumulation de plancton et son enfouissement en absence d’oxygène ont produit, sous pression et chaleur, le pétrole et le gaz naturel.

Ainsi, les combustibles fossiles sont des stocks minuscules à l’échelle de la production photosynthétique mondiale, mais concentrés en énergie solaire ancienne.

À retenir

La photosynthèse produit du glucose et du dioxygène à partir de CO₂ et d’eau. Une infime fraction de la biomasse, enfouie en conditions anaérobies, s’est transformée en combustibles fossiles. Le dioxygène atmosphérique actuel est presque entièrement issu de la photosynthèse ancienne.

Ressources renouvelables et non renouvelables

Les ressources non renouvelables comprennent :

• les combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel), formés en millions d’années, dont les stocks sont limités et dont la combustion émet du CO₂ ;

• l’uranium, utilisé pour produire de l’énergie nucléaire : ce n’est pas un fossile, mais une ressource minérale épuisable.

La révolution industrielle (XIX^e siècle) marque un tournant : la consommation massive de charbon, puis de pétrole et de gaz, a profondément transformé les sociétés, entraînant à la fois croissance économique et accroissement rapide des émissions de gaz à effet de serre.

À l’inverse, les ressources renouvelables proviennent de flux naturels se régénérant à l’échelle humaine :

• Solaire : Le solaire est une énergie renouvelable qui utilise la lumière du Soleil. Les panneaux photovoltaïques transforment directement cette lumière en électricité, tandis que les panneaux solaires thermiques captent la chaleur pour chauffer de l’eau. En France, le solaire représente environ 5 % de la production d’électricité et son développement continue d’augmenter chaque année. C’est une ressource inépuisable mais intermittente, car elle dépend de l’ensoleillement.

• Éolien : énergie cinétique du vent transformée en électricité, typiquement $2$ à $4~MW$ par éolienne terrestre($MW$ signifie mégawatt. Le watt ($W$) est l’unité de puissance : il mesure la quantité d’énergie produite ou consommée par seconde. Le préfixe « méga » signifie un million, donc 1 $MW$ correspond à $1~000~000~W$. Par exemple, une ampoule basse consommation utilise environ $10~W$, un sèche-cheveux consomme environ $2~000~W$ (soit $2~kW$), tandis qu’une éolienne terrestre peut produire entre $2$ et$4$$MW$. Cela correspond à l’équivalent de $200~000$ à $400~000$ ampoules allumées en même temps).

• Hydroélectricité : exploitation de l’eau en mouvement (barrages, marées, courants). Première source mondiale d’électricité renouvelable. En France, l’hydroélectricité est la principale source d’électricité renouvelable.
  Le barrage de Génissiat, surnommé le « Niagara français », a une puissance de $420~MW$. Il produit environ $1,7~TWh$ par an ($1~TWh~=$ mille milliards de $Wh$, soit l’équivalent de la consommation d’environ 200 000 foyers). Le barrage de Serre-Ponçon, situé en Provence, développe une puissance de $380~MW$. Sa production est d’environ $700~GWh$ par an ($1~GWh$= un milliard de $Wh$, soit la consommation d’environ 200 foyers).
  Ces exemples montrent l’importance des barrages dans la production électrique française.

• Biomasse actuelle : bois, biocarburants, biogaz. On parle parfois de « neutralité carbone », car le CO₂ libéré est compensé par celui capté lors de la croissance des plantes, mais cela dépend fortement des pratiques (déforestation, monocultures, transport des ressources).

• Géothermie : Est l’énergie issue de la chaleur interne de la Terre, qui augmente avec la profondeur. Elle peut être utilisée pour chauffer directement des bâtiments (basse énergie) ou produire de l’électricité grâce à la vapeur qui fait tourner des turbines (haute énergie). En France, on l’utilise surtout en Île-de-France pour le chauffage et en Guadeloupe pour produire de l’électricité. C’est une énergie renouvelable, disponible en continu, mais exploitable seulement dans certaines zones favorables.

Ces énergies ne sont pas illimitées en puissance exploitable, mais elles sont inépuisables à l’échelle humaine si elles sont gérées durablement.

À retenir

Les combustibles fossiles et l’uranium sont des ressources non renouvelables. Les renouvelables (solaire, éolien, hydraulique, biomasse, géothermie) sont issues de flux continus. La révolution industrielle illustre l’impact majeur de l’usage massif des fossiles sur les sociétés et le climat.

Conclusion

Les combustibles fossiles utilisés aujourd’hui proviennent de la photosynthèse ancienne, qui a piégé une infime partie de la biomasse dans les sédiments, en conditions anaérobies. Leur consommation, massive depuis la révolution industrielle, a permis un développement sans précédent mais entraîne aujourd’hui des enjeux environnementaux majeurs. Les ressources non renouvelables s’épuisent et perturbent le climat, tandis que les ressources renouvelables, directement issues des flux solaires ou terrestres, offrent une alternative durable. L’histoire de la Grande Oxydation, qui a rempli l’atmosphère de dioxygène grâce aux cyanobactéries, rappelle que la photosynthèse a déjà transformé radicalement la Terre : aujourd’hui, la transition énergétique constitue un nouveau moment décisif de ce dialogue entre vie, atmosphère et société.