Les éléments sont les éléments constitutifs de toute matière dans l’univers connu. À ce jour, nous avons identifié 92 éléments naturels et nous avons utilisé la technologie pour en synthétiser 20 autres. Ces éléments existent dans l’atmosphère, l’hydrosphère, la lithosphère et/ou la biosphère. Ensemble, ils forment les molécules qui composent le matériel vivant et non vivant, conduisent les interactions chimiques et fournissent la base de toutes les ressources naturelles de la planète Terre.

Le tableau périodique (figure 8) organise les éléments en groupes et révèle des motifs dans leurs propriétés. Dans le tableau périodique illustré à la figure 8, les éléments appelés métaux ont un fond coloré en vert-gris clair et ceux qui ne sont pas métalliques sont orange ; ceux qui ont des propriétés à la fois métalliques et non métalliques sont appelés métalloïdes et sont mis en évidence en vert foncé.

Periodic table of elements
Figure 8 : Le Tableau Périodique Moderne. 1

La plus petite unité d’un élément est appelée un atome. Le nombre de protons, de neutrons et d’électrons de chaque type d’atome confère à chaque élément ses propriétés uniques et détermine comment il va interagir chimiquement avec d’autres éléments. Ils déterminent également où chaque élément est placé sur le tableau périodique. Les 92 premiers éléments répertoriés dans le tableau périodique sont présents sur la Terre en quantités variables. Beaucoup de ces éléments ont des propriétés qui les rendent propices à soutenir la vie, à produire des matériaux utiles ou à fournir de l’énergie. Les 92 éléments ne sont pas tous nécessaires au métabolisme des organismes vivants. En fait, seuls 21 éléments sont essentiels aux différentes formes de vie sur la Terre (figure 9).

Essential and beneficial elements table
Figure 9 : Les Éléments essentiels et bénéfiques à la vie. 2

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Certains de ces éléments essentiels sont nécessaires en grande quantité et constituent les principaux éléments constitutifs de la vie. Ces éléments, appelés macronutriments, comprennent le carbone (C), l’hydrogène (H+), etl’oxygène (O2-), et sont nécessaires en plus grande quantité. Plus de 93% de la biomasse végétale et animale est constituée de ces trois éléments. D’autres macronutriments incluent l’azote (N3-), le phosphore (P3-), le potassium (K+), le soufre (S2-), le calcium (Ca2+), le fer (Fe2+), et le magnésium (Mg2+). Ceux-ci sont requises par toutes les formes de vie, mais en plus petites quantités que C, H et O.

Les micronutriments ou oligo-éléments sont également essentiels, mais ne sont nécessaires qu’en très petites quantités. Ils servent généralement de cofacteurs ou de molécules qui aident aux réactions chimiques. Parmi les micronutriments figurent le cuivre (Cu2+), le zinc (Zn2+), le molybdène (Mo), le bore (B), le sodium (Na+), le nickel (Ni) et le chlorure (Cl).

Dans les conditions atmosphériques de la Terre, de nombreux éléments se trouvent sous une forme qui a une charge électrique et sont appelés ions. Les ions sont chargés électriquement parce qu’ils n’ont pas un nombre égal de protons et d’électrons. Si un atome a le même nombre d’électrons que les protons, les électrons chargés négativement annulent les protons chargés positivement et la charge de l’atome sera neutre. Si un atome a plus d’électrons que de protons, il aura un une charge globale négative et sera appelé anion. Un cation a plus de protons que d’électrons, ce qui lui donne une charge positive. Les charges électriques que les ions possèdent permettent à un élément de former des liaisons chimiques avec d’autres éléments. Les éléments chimiquement combinés forment des composés, tels que l’eau (H2O, – deux atomes d’hydrogène [H] combinés à un atome d’oxygène [O]), le sel de table (NaCl) et le dioxyde de carbone (CO2). Cette tendance à se lier ensemble et à former des molécules plus complexes a conduit à l’énorme diversité des formes de matière vivantes et non vivantes que nous trouvons sur la Terre.

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Découvrez Atom Hook-Ups, un court métrage ludique qui explique les types de liaisons chimiques.

Les groupes d’éléments partagent certaines propriétés communes. Par exemple, une propriété que les métaux ont en commun est qu’ils sont de bons conducteurs d’électricité, tandis que les non-métaux sont de mauvais conducteurs électriques. Les non-métaux ont tendance à être gazeux dans les conditions atmosphériques de la Terre, et sont généralement ioniques et ont tendance à se combiner pour former des molécules. Dans l’exemple ci-dessus, deux éléments, le sodium (Na+, un cation métallique) et le chlorure (Cl, un anion non métallique), se lieront pour former du sel (NaCl, une molécule chargée neutre).

Toutes les ressources naturelles que les humains utilisent sont constituées des mêmes éléments qui composent toute la matière dans l’univers. La plupart des ressources naturelles, telles que les arbres, l’eau, le sol, les combustibles fossiles et les animaux sont constituées de nombreux types d’éléments réunis. Certaines ressources naturelles, telles que le fer, le cuivre, l’argent et l’or, sont constituées d’éléments uniques que l’on retrouve tel quel dans la nature.

Dans la section suivante, vous apprendrez comment certains des éléments les plus importants de la vie sur Terre sont rendus disponibles en permanence par le biais de cycles biogéochimiques naturels. Vous apprendrez également comment le développement humain a influé sur l’équilibre de ces cycles et quel impact potentiel cela a sur les systèmes naturels.

Questions à considerer

De quels éléments est composé l’air que vous respirez ? Quels sont les éléments de votre plat préféré ? Préférez-vous vivre sans l’or ou sans le carbone ?