D’où vient l’oxygène dans l’air?

Nous respirons environ 2500 litres d’oxygène par jour et ne pouvons survivre que très peu de temps sans lui. Mais qu’est-ce que l’oxygène exactement? Comment s’est-il formé et quelle est son action dans le corps?

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20,95%. C’est le volume d’oxygène moléculaire (O2) dans l’air que nous respirons tous les jours. Or, il n’en a pas toujours été ainsi. À sa naissance, il y a environ 4,6 milliards d’années, la Terre a longtemps été une planète brûlante et hostile. Elle s’est refroidie progressivement, la croûte terrestre, les océans se sont formés, ainsi qu’une atmosphère qui ne contenait pas d’oxygène. 


Celui-ci provient d’ailleurs : de minuscules cyanobactéries semblables aux algues bleues actuelles ont commencé, il y a environ 3,5 milliards d’années, à transformer l’énergie de la lumière solaire en énergie chimique en séparant l’oxygène de l’eau et du dioxyde de carbone et en enrichissant ainsi l’eau des océans avec de l’oxygène libre. 
Cela a alors permis le développement d’autres organismes, notamment plus complexes, utilisant aussi la photosynthèse et produisant de l’oxygène libre.

Un élément très réactif

L’oxygène est un élément chimique dont le symbole est O. Il se présente généralement comme une combinaison de deux atomes d’oxygène (O2), mais existe également sous forme triatomique, mieux connue sous le nom d’ozone (O3). L’oxygène est un gaz inodoreet incolore qui se condense sous forme de liquide bleu clair. Très réactif et se combinant facilementavec d’autres gaz et éléments chimiques dans les roches, il a fallu longtemps pour que l’oxygène s’accumule dans l’atmosphère. 
Ce n’est que lorsque ses partenaires de réaction ont été saturés, il y a environ 2,4 milliards d’années, que la part d’oxygène dans l’atmosphère a augmenté. À la suite de cela, les plantes ont commencé à pousser dans la terre. Par la photosynthèse, elles ont transformé l’eau et le dioxyde de carbone (CO2) à l’aide de la lumière du soleil en glucose et en oxygène, ce qui a entraîné une augmentation de la concentration en oxygène. 
Ce phénomène, ainsi que la formation de la couche d’ozone, qui protège la Terre des rayons UV nocifs du soleil, a permis le développement de formes de vie complexes comme les reptiles, les amphibiens, les oiseaux et les mammifères.

Photosynthèse inversée

Mais que se passe-t-il donc avec l’oxygène que nous inhalons? Nos poumons ressemblent à un arbre à l’envers qui pousse vers le bas ; les bronches deviennent des bronchioles, plus fines, auxquelles sont suspendues environ 300 millions d’alvéoles pulmonaires. À l’inspiration, l’oxygène de l’air parvient jusqu’à ces alvéoles, entourées d’innombrables petits vaisseaux sanguins, les capillaires. 
C’est là qu’ont lieu les échanges gazeux : le sang, pauvre en oxygène, s’enrichit en oxygène et rejette du CO2, que nous expirons. Le sang achemine l’oxygène jusqu’aux cellules, qui le transforment, ainsi que le glucose issu de la nourriture, en CO2 et en eau.
Le processus biochimique de la respiration cellulaire libère de l’énergie, qui est convertie en adénosine triphosphate (ATP). 
Et l’ATP fournit l’énergie à l’organisme : il en a besoin pour tous les processus, du mouvement à la digestion en passant par l’activité cérébrale.

Le présent texte a été écrit avec l’appui technique du Prof. Dr Matthias Erb, professeur d’interactions biotiques à l’Institut de botanique de l’Université de Berne, et du Prof. Dr Klaus Mezger, professeur de géochimie à l’Institut de géologie de l’Université de Berne.
 

Chiffres et faits 

Certains organismes vivants microscopiques peuvent vivre sans oxygène moléculaire (O2). Appelés microbes anaérobies, ils vivent dans des environnements pauvres en oxygène comme les marécages ou les sédiments. 

Le record du monde d’apnée statique de 11 minutes et 35 secondes est détenu par le Français Stéphane Mifsud depuis 2009. Nous ne pouvons pas survivre à très haute altitude ni dans l’eau. À partir de 8000 mètres d’altitude, la concentration en oxygène est tellement faible qu’un être humain n’y survit pas plus de 48 heures. 

La quantité d’oxygène produite quotidiennement par un arbre dépend de différents facteurs comme l’espèce, l’âge et la densité du feuillage. En moyenne, la production en oxygène d’un arbre couvre les besoins de deux personnes