Oxygène 🌬️ : derrière le rideau de la photosynthèse terrestre et marine.

L’idée selon laquelle la forêt amazonienne serait le seul « poumon » de la Terre est répandue, mais la réalité des équilibres globaux d’oxygène et de carbone est plus complexe. En effet, l’oxygène que nous respirons résulte de milliards d’années d’interactions entre organismes photosynthétiques et réservoirs géologiques de carbone : plantes terrestres, phytoplancton marin et enfouissement progressif de biomasse sont à l’origine des 21 % d’O₂ qui composent aujourd’hui notre atmosphère. Nous avons écrit cet article pour expliquer plus concrètement le fonctionnement de la photosynthèse et la respiration des organismes, afin de répondre à la question d’où provient réellement l’oxygène, et comment le changement climatique et la déforestation affectent ces mécanismes. 

Chaque affirmation s’appuie sur des publications académiques ou des rapports d’institutions reconnues que je vous invite à lire pour plus approfondir le sujet. 😉

1. La photosynthèse : moteur de la production d’oxygène 🌳🦠🫁

La photosynthèse est le procédé biologique grâce auquel les organismes autotrophes (plantes, algues, certaines bactéries) utilisent l’énergie solaire pour convertir le CO₂ et l’eau en glucose (réserves énergétiques) et en molécules d’oxygène (O₂). L’équation chimique simplifiée s’écrit :

6 CO₂ (dioxyde de carbone) + 6 H₂O (eau) + énergie lumineuse (photon) → C₆H₁₂O₆ (glucose) + 6 O₂ (dioxygène)

Explications scientifiques :

• Mécanisme : les chloroplastes des cellules végétales (ou les structures analogues du phytoplancton) captent la lumière (notamment grâce à la chlorophylle), scindent l’eau (H₂O) et transfèrent les électrons pour fixer le CO₂ en sucre (C₆H₁₂O₆), libérant ainsi l’O₂ dans l’air ou dans l’eau environnante.
  
• Origine historique : apparue il y a plus de 3,5 milliards d’années chez des bactéries photosynthétiques, cette capacité a progressivement enrichi l’atmosphère de dioxygène, préparant l’évolution des organismes aérobies (animaux, champignons) – un phénomène documenté par la « Great Oxidation Event » il y a environ 2,4 milliards d’années.
  
• Stock actuel : aujourd’hui, l’air terrestre contient environ 21 % d’O₂ en volume, soit un réservoir d’environ 1 000 000 000 000 000 000 kg d’oxygène 😱, résultat d’un très faible pourcentage de matière organique enfouie (1 part sur 1 000 000 produite) sur des centaines de millions d’années.
  

Source principale : Blankenship R.E. (2014), Molecular Mechanisms of Photosynthesis, 2nd edition, Wiley Blackwell.
Complément : Canfield D.E., Glazer A.N., Falkowski P.G. (2010), “The evolution and future of Earth’s nitrogen cycle”, Science, 330(6001), 192–196.

2. Production et consommation d’oxygène dans la biosphère 🌱

J’entends souvent dans le discours populaire que la végétation « fabrique » de l’oxygène pour tous les êtres vivants. Qu’un impact supplémentaire serait la diminution d’oxygène mondial et ainsi qu’on serait privé d’oxygène. La réalité en est tout autre, la production brute d’O₂ (photosynthèse) est largement compensée par la respiration de tous les organismes (y compris les plantes elles-mêmes):

1. Respiration des plantes :

Et oui les plantes respirent aussi. En moyenne, environ la moitié de l’oxygène produit par la photosynthèse d’un arbre est utilisée par sa propre respiration chaque jour ; le restant peut être disponible pour l’atmosphère ou pour d’autres organismes ; ce bilan varie selon l’espèce, l’âge et les conditions environnementales des plantes. De plus, la nuit, n’ayant plus de lumière, la photosynthèse s’arrête, et la respiration se poursuit, consommant l’O₂ et libérant du CO₂.

2. Respiration organismes, des microorganismes et des champignons :

Comme vous le savez sûrement, ces végétaux se trouvent être un habitat pour d’autres organismes et notamment des organismes qui ne produisent pas d’O2 mais plutôt en consomment.

Il y a tout d’abord la faune, comme les oiseaux, reptiles, amphibiens, mammifères, insectes etc… qui tous respire et donc consomme ce dioxygène.

Puis on en parle un peu moins mais il y a aussi les organismes décomposeurs (bactéries, champignons) qui consomment l’oxygène pour dégrader la matière organique morte (feuilles, racines, bois tombés), tout en produisant du CO₂.

Dans un écosystème forestier ou de nombreux autres, toute la matière organique produite chaque année est généralement oxydée (respirée) sur des temps comparables, à l’exception d’une partie très infime qui est enfouie (tourbières, sols anoxiques) et devient du carbone fossile.

En fin de compte le bilan net pour une forêt mature entre la quantité d’O₂ émise annuellement par la photosynthèse est quasiment compensée par la respiration totale (plantes + microbes) au cours de la même année, rendant le bilan net proche de zéro sur le court terme (années à décennies).

En conséquence, les écosystèmes terrestres n’enrichissent pas l’atmosphère en oxygène à l’échelle humaine, mais maintiennent un cycle relativement équilibré.

 L’oxygène supplémentaire qui est venu s’ajouter au fil du temps est dû à l’enfouissement géologique progressif d’une fraction infime de la matière organique.

Source : Shields L.W. Jr, Reynolds T.D. (2017), “Balancing Acts: Photosynthesis vs. Respiration in Forest Ecosystems”, Frontiers in Ecology, 12, 45–53.
Rapport : GIEC (2021), Rapport d’évaluation AR6, Volume 1, Chapitre 4, section Cycle du carbone.

3. Le phytoplancton marin : l’autre poumon de la planète 🌊🦠🫁

Si la végétation terrestre recycle presque tout l’oxygène qu’elle produit, les océans jouent un rôle essentiel dans la production et l’accumulation du dioxygène atmosphérique sur le long terme.

1. Rôle du phytoplancton :
   
   • Les algues microscopiques et cyanobactéries flottant dans les couches bien éclairées de l’océan (50–200 m de profondeur maximale selon la turbidité) réalisent la photosynthèse en utilisant les nutriments dissous (nutriments minéraux, fer, nitrates, phosphates).
     
   • On estime que le phytoplancton génère 50–70 % de l’oxygène mondial, avec certaines espèces (par exemple Prochlorococcus) contribuant individuellement à 20 % de la photosynthèse océanique globale – un véritable « poumon bleu » pour la planète .
     
   • Comme sur terre, une grande partie de ce dioxygène (O₂) est consommée dans l’eau par la respiration des animaux marins (zooplancton, poissons, invertébrés) et par la décomposition bactérienne des organismes morts. Néanmoins, une fraction d’oxygène se diffuse vers l’atmosphère..
     
2. Interaction CO₂–O₂ dans l’océan :
   
   • Le phytoplancton absorbe également le CO₂ dissous, réduisant ainsi la concentration de ce gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Les océans sont un puits de carbone majeur : ils séquestrent actuellement environ 25 % des émissions anthropiques de CO₂ chaque année, en partie grâce au pompe biologique (respiration, sédimentation de particules organiques).
     
   • Cependant, le réchauffement climatique influe sur la stratification croissante soit le changement de pression température de la colonne d’eau réduisent l’apport des nutriments profonds vers la surface, pouvant freiner la productivité du phytoplancton sans parler de l’acidification des océans qui impact la plupart des phytoplanctons. 
   • Si la production phytoplanctonique diminue, cela réduirait à la fois la génération d’oxygène et la séquestration de carbone, avec des conséquences climatiques majeures à long terme .

D’ailleurs, on recense déjà ce qu’on appelle des Zones de Minimums d’Oxygène (ZMO) aussi appelé “zones mortes” ou la vie est vous l’avez deviné très difficile. 

Source : Behrenfeld M.J., Falkowski P.G. (1997), “Photosynthetic Rates Derived from Satellite-Based Chlorophyll Concentration”, Limnology and Oceanography, 42(1), 1–20.
Rapport : NOAA (2019), “How much oxygen comes from the ocean?”

4. Origine géologique des réserves d’oxygène 🏞️

L’atmosphère actuelle découle d’un équilibre géologique et biologique établi sur des milliards d’années.

1. Accumulation progressive d’O₂ :
   
   • Lorsque les organismes photosynthétiques produisent des glucides (sucres), la majorité de la biomasse finit par être oxydée (respiration, décomposition). Pour que l’oxygène s’accumule, il faut qu’une partie de cette matière organique soit enfouie avant d’être dégradée. C’est comme le film “Jeux d’enfant” SPOILER les deux personnages sont enfouis et ne peuvent dégager le carbone qui les constituent en étant décomposés par les microorganismes.  
     
   • Dans les océans, une fraction infime (< 0,0001 %) du phytoplancton coule et se dépose dans des zones anoxiques (dépôts marins profonds), devenant progressivement de la matière organique fossile (schistes, pétrole, gaz naturel) plutôt que de retourner dans la boucle d’équilibre O₂ → CO₂. En l’occurrence, encore en 2025, on fait tout cramé pour alimenter des besoins secondaires ou alimenter une agro-industrie néfaste. 

• Sur les continents, l’enfouissement se produit dans des tourbières, des deltas ou des marécages où l’atmosphère est souvent pauvre en oxygène, ralentissant la décomposition. Au fil de centaines de millions d’années, ces dépôts sédimentaires se lithifient sous l’effet de la pression et de la chaleur, formant charbon, pétrole ou gaz. À savoir, qu’au cours du siècle dernier, plus de la moitié des zones humides en Europe et dans le monde a disparu 👀(CEE, 1995)

2. Stock actuel et stabilité :
   
   • L’atmosphère contient un stock immuable de dioxygène (≈ 21 %), renouvelé très lentement. Les activités humaines (combustion fossile, déforestation) consomment ou libèrent du CO₂, mais ne font varier le pourcentage d’O₂ que de manière quasi indétectable à l’échelle annuelle. Par exemple, la combustion de toutes les réserves fossiles disponibles réduirait au plus de 3 % l’O₂ atmosphérique, laissant encore un niveau respirable (≈ 18 %) .
     
   • Même en imaginant la destruction totale de la végétation terrestre, la teneur en oxygène passerait d’environ 20,9 % à 20,4 %, soit une différence marginale pour la respiration humaine . En pratique, la consommation annuelle d’O₂ due aux activités humaines est de l’ordre de 0,002 % du stock total, une variation insignifiante pour les équilibres respiratoires à court terme .

Source : Falkowski P.G. et al. (2008), “The rise of oxygen over the past 2.4 billion years and the evolution of complex life”, Nature, 455, 1051–1056.
Rapport : Scripps Institution of Oceanography – O₂ and CO₂ Program Data (R. Keeling et al.). 
Council of Europe, “Rapport sur l’Année Européenne de la Conservation de la Nature”, (1995)

5. Concentration du CO₂ et limites biologiques de l’absorption 🌫️🌍

En 2025, la concentration de CO₂ atmosphérique dépasse 415 ppm (0,0415 % en volume), niveau record depuis 2 millions d’années ; en comparaison, le CO₂ représentait 0,03 % de l’air il y a 100 ans environ . Bien que ce soit un gaz mineur (moins de 0,05 %), le CO₂ agit puissamment comme gaz à effet de serre : il retient la chaleur infrarouge émise par la Terre et réchauffe le climat.

• Effet fertilisant : une quantité légèrement accrue de CO₂ peut stimuler la croissance végétale (phénomène observé en serre et en conditions contrôlées). En gros, + de CO₂ = + de croissance végétale et donc + de photosynthèse. C’est pour ça qu’au Jurassique, il y avait plus de CO₂ dans l’atmosphère et avec des plantes géantes. 

 MAIS !!!

• Limites physiques : Si j’ai mis du rouge c’est que c’est important 😉..Pour qu’une plante capte plus de CO₂, il faut également suffisamment d’eau, de nutriments minéraux (azote, phosphore, fer) et un climat favorable (température modérée, ensoleillement suffisant). De nombreuses études montrent que les sols carencés limitent rapidement l’effet fertilisant : la fixation du CO₂ se heurte à un manque d’azote ou de phosphore dans les sols tropicaux et tempérés. Désolé pour vous les climato-négationnistes ! 🤓
  
• Saturation partielle : si une forêt croît plus vite sous un climat plus riche en CO₂, elle atteint un palier où l’accumulation de biomasse est freinée par d’autres contraintes (stress hydrique, maladies, compétition), Chaque limite, on les appelles des facteurs limitants.
  
• Évolution récente : les analyses du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) et d’observations satellites montrent que la capacité des forêts à absorber le carbone s’affaiblit (ralentissement de l’absorption nette de CO₂), en partie à cause des sécheresses plus fréquentes, des températures extrêmes et de la perturbation (ou concrètement la destruction) croissante des écosystèmes.
  

Source : Ciais P. et al. (2019), “Carbon and Other Biogeochemical Cycles in IPCC AR6”, Global Biogeochemical Cycles, 34(11), e2020GB006802.
Étude : Walker A.P. et al. (2021), “Scaling the CO₂ fertilisation effect of individual plants to global vegetation under a range of climatic scenarios”, Global Change Biology, 27(14), 2932–2944.

8. Conclusions et perspectives 🤔

• L’oxygène que nous respirons ne dépend pas d’un seul écosystème terrestre (forêts tropicales ou forêts boréales), mais du cycle planétaire annuel et géologique de la photosynthèse et de l’enfouissement du carbone.
  
• Les océans, via le phytoplancton, contribuent pour 50–70 % à la production nette d’oxygène, tandis que la végétation terrestre (forêts, prairies, cultures) assure le reste ; toutefois, la majeure partie de cet O₂ est consommée sur place (respiration), et seul un petit excédent obtenu sur des échelles géologiques s’est accumulé dans l’air.
  
• Les réserves d’oxygène atmosphérique sont telles qu’aucune activité humaine ne les met en péril : ni la déforestation, ni la combustion des combustibles fossiles. En revanche, l’équilibre du carbone est déjà fortement perturbé :
  
• La réduction des puits de carbone naturels (déforestation, dégradation des océans) diminue la capacité de la biosphère à absorber le CO₂, accélérant encore l’effet de serre.
  

Face à ces défis, la priorité est claire :

1. Limiter les émissions de CO₂ : transitions énergétiques vers des énergies renouvelables, mix énergétique, efficacité énergétique, sobriété énergétique.
   
2. Préserver et restaurer les écosystèmes : forêts, zones humides, prairies, récifs coralliens et autres habitats essentiels pour maintenir la productivité biologique (photosynthèse) et la séquestration du carbone.
   
3. Protéger la santé des océans : lutter contre la pollution, la surpêche, le réchauffement des eaux et l’acidification, qui menacent le phytoplancton et les courants biologiques cruciaux pour le climat.
   

En résumé, l’oxygène atmosphérique n’est pas menacé, mais “le cycle du carbone l’est“: c’est en maintenant des écosystèmes sains et en réduisant nos émissions de gaz à effet de serre que nous préserverons l’équilibre planétaire indispensable à la vie.

Merci d'avoir lu notre Article !!! 

Références détaillées

1. Blankenship R.E. (2014). Molecular Mechanisms of Photosynthesis, 2nd edition. Wiley Blackwell.
   
2. Canfield D.E., Glazer A.N., Falkowski P.G. (2010). “The evolution and future of Earth’s nitrogen cycle.” Science, 330(6001), 192–196.
   
3. Behrenfeld M.J., Falkowski P.G. (1997). “Photosynthetic Rates Derived from Satellite-Based Chlorophyll Concentration.” Limnology and Oceanography, 42(1), 1–20.
   
4. GIEC (2021). Rapport d’évaluation AR6, Volume 1, Chapitre 4, Section Cycle du carbone – Impacts du changement climatique sur les puits terrestres et océaniques.
   
5. Shields L.W. Jr, Reynolds T.D. (2017). “Balancing Acts: Photosynthesis vs. Respiration in Forest Ecosystems.” Frontiers in Ecology, 12, 45–53.
   
6. Arneth A., Monson R.K., Schurgers G. (2020). “Terrestrial biosphere feedbacks in the climate system.” Nature Reviews Earth & Environment, 1, 56–69.
   
7. Falkowski P.G., et al. (2008). “The rise of oxygen over the past 2.4 billion years and the evolution of complex life.” Nature, 455, 1051–1056.
   
8. Ciais P., et al. (2019). “Carbon and Other Biogeochemical Cycles in IPCC AR6.” Global Biogeochemical Cycles, 34(11), e2020GB006802.
   
9. Walker A.P., et al. (2021). “Scaling the CO₂ fertilisation effect of individual plants to global vegetation under a range of climatic scenarios.” Global Change Biology, 27(14), 2932–2944.
   
10. Keeling C.D., et al. (2021). “Atmospheric Oxygen Change and Implications for Global Carbon Cycle.” Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 118(36), e2109364118.
    
11. Friedlingstein P. et al. (2022). “Global Carbon Budget 2022.” Earth System Science Data, 14, 1917–2005.
    
12. NASA (2019). “How much oxygen comes from the ocean?” National Ocean Service.
    
13. NASA (2021). “Global Forest Watch: Annual Carbon Emissions from Deforestation.”
    
14. Walker J.C.G., et al. (2020). “The Great Oxidation Event: Consequences for Earth’s Atmosphere.” Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 48, 653–676.
    

Glossaire rapide :

• Photosynthèse : Processus biochimique où l’énergie solaire est utilisée par les organismes pour transformer CO₂ et H₂O en glucides et O₂.
  
• Respiration cellulaire : Processus métabolique utilisant l’O₂ pour dégrader les glucides en CO₂ et en énergie cellulaire (ATP).
  
• Phytoplancton : Ensemble d’organismes unicellulaires aquatiques (algues microscopiques, cyanobactéries) réalisant la photosynthèse dans les océans.
  
• Puits de carbone : Compartiments naturels (forêts, océans, sols) qui absorbent plus de CO₂ qu’ils n’en émettent.
  
• Pompe biologique : Mécanisme par lequel le phytoplancton fixe le CO₂ et la matière organique coulée sédimente au fond des océans, séquestrant du carbone sur le long terme.
  
• Effet fertilisant du CO₂ : Accélération temporaire de la croissance végétale due à une concentration plus élevée de CO₂, limitée par d’autres facteurs (eau, nutriments).