L’azote fait partie des composés organiques vitaux des microrganismes, tels que les acides aminés, les protéines et l’ADN. La forme gazeuse de l’azote (N2), constitue 78% de la troposphère. On pourrait penser que cela signifie que nous avons toujours de l’azote en abondance, mais ce n’est malheureusement pas le cas. L’azote sous forme gazeuse ne peut pas être absorbé et utilisé comme nutriment par les plantes et les animaux ; il doit d’abord être converti par les bactéries nitrifiantes, afin qu’il puisse entrer dans les chaînes alimentaires en tant que partie du cycle de l’azote.
Les bactéries cyano vont d’abord convertir l’azote en ammoniac et en ammonium, au cours du processus de fixation de l’azote. Les plantes peuvent utiliser l’ammoniac comme source d’azote.
La fixation de l’azote s’effectue selon la réaction suivante :
N2 + 3 H2 -> 2 NH3
Après la fixation de l’ammonium, l’ammoniac et l’ammonium formés seront transférés plus loin, au cours du processus de nitrification. Les bactéries aérobies utilisent l’oxygène pour convertir ces composés. Les bactéries Nitrosomonas convertissent d’abord l’azote gazeux en nitrite (NO2-) et ensuite les nitrobacter convertissent le nitrite en nitrate (NO3-), un nutriment pour les plantes.
La nitrification s’effectue selon les réactions suivantes :
2 NH3 + 3O2 – > 2 NO2 + 2 H+ + 2 H2O
2 NO2- + O2 -> 2 NO3-
Les plantes absorbent l’ammonium et le nitrate au cours du processus d’assimilation, après quoi ils sont transformés en molécules organiques contenant de l’azote, comme les acides aminés et l’ADN.
Les animaux ne peuvent pas absorber directement les nitrates. Ils reçoivent leur approvisionnement en nutriments en consommant des plantes ou des animaux consommateurs de plantes.
Lorsque les nutriments azotés ont rempli leur fonction dans les plantes et les animaux, des bactéries décomposeuses spécialisées vont lancer un processus appelé ammonification, pour les reconvertir en ammoniac et en sels d’ammonium solubles dans l’eau. Une fois les nutriments retransformés en ammoniac, les bactéries anaérobies vont les retransformer en azote gazeux, au cours d’un processus appelé dénitrification.
La dénitrification s’effectue selon la réaction suivante :
NO3- + CH2O + H+ -> ½ N2O + CO2 + 1½ H2O
Enfin, l’azote est à nouveau libéré dans l’atmosphère. Tout le processus recommence après la libération.
Une représentation schématique du cycle de l’azote est présentée ici :
L’azote comme facteur limitant
Bien que les processus de conversion de l’azote se produisent souvent et que de grandes quantités de nutriments végétaux soient produites, l’azote est souvent un facteur limitant pour la croissance des plantes. L’eau qui circule dans le sol est à l’origine de cette erreur. Les nutriments azotés sont solubles dans l’eau et, par conséquent, ils sont facilement drainés, de sorte qu’ils ne sont plus disponibles pour les plantes.
La réaction annamox
En 1999, des chercheurs du Gist-Brocades à Delft, aux Pays-Bas, ont découvert une nouvelle réaction à ajouter au cycle de l’azote ; la réaction dite annamox. On constate maintenant que cette réaction se produit également dans la mer Noire. La réaction implique la conversion des nitrites et de l’ammonium en azote gazeux pur (N2), qui s’échappe ensuite dans l’atmosphère. Le mécanisme de réaction est déclenché par une bactérie récemment découverte, appelée Brocadia anammoxidans. Il semble s’agir d’une bactérie compartimentée ; à l’intérieur de la membrane cellulaire, on peut trouver deux compartiments qui sont également entourés d’une membrane, un phénomène très rare. Les produits intermédiaires de la réaction comprennent l’hydroxylamine et les composés toxiques de l’hydrazine. On a découvert que les membranes bactériennes étaient constituées de membranes mal perméables, dont on pense qu’elles servent de barrière aux hydrazines produites dans la cellule. Cette découverte a des conséquences majeures, car elle modifie toute la contribution des océans au bilan azoté.