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Si la notion de sphère permet de cerner les grandes entités au sens physique qui constituent notre planète, elles n’ont pas en soi de sens géographique. Pourtant, nous observons autour de nous des milieux aux caractéristiques variées. La notion de milieu vise à décrire des lieux géographiques marqués par un certain nombre de caractéristiques physique mais dont les contours ne recouvrent pas exactement les grandes sphères. Ainsi, on peut distinguer au sein de la lithosphère la partie profonde (le manteau) de la croûte terrestre (croûte continentale ou croûte océanique) qui a un comportement très différent. L’hydrosphère recouvre également des domaines forts différents si on considère la partie océanique ou la partie continentale, bien qu’elles soient intimement liées. L’une des particularités de notre environnement est qu’il est situé à l’interface entre lithosphère et atmosphère-hydrosphère. Une pellicule d’une épaisseur incroyablement ténue, est le lieu de tous les échanges et de toutes les fonctions. On parle d’ailleurs de pédosphère pour désigner l’interface entre le continent (lithosphère) et l’atmosphère-hydrosphère.

Comme on l’a vu au dessus, si la biosphère a un sens d’un point de vue physique puisqu’elle comprend tous les matériaux vivants, elle n’a pas de sens en termes de milieu d’un point de vue géographique. De plus, la caractéristique majeure du monde vivant est sa forte interaction entre le milieu physique : les être vivants ont besoin de lumière, de gaz, d’eau, de minéraux… Aussi, il est difficile de distinguer le monde vivant en faisant abstraction du monde physique dans lequel il évolue. La notion d’écosystème constitue une synthèse de cette approche. L’écosystème est défini comme l’ensemble des espèces vivantes dans un lieu donné et de l’ensemble des interactions entre ces espèces et le milieu physique. A un milieu donné correspondent des caractéristiques physiques et chimiques (luminosité, température, humidité, salinité, pH, quantité d’oxygène…) qui ne permet qu’à un ensemble et un seul d’organismes de se développer. Dans son acceptation la plus restreinte, il permet de définir les véritables briques du monde vivant à travers un milieu homogène à toute petite échelle pour un écosystème microbien (un tractus digestif par exemple) ou plus important pour des organismes pluricellulaires comme l’ombrage d’un arbre, une forêt, une prairie. Si l’on analyse les relations entre grands types d’espèce, on définira de grands écosystèmes (les biomes) comme le désert, la toundra… A l’échelle globale on peut également définir l’écosystème planétaire ou écosphère (Fig 1.1).

Tout comme on peut caractériser les grands milieux définis au dessus par une certaine homogénéité physique, ils possèdent également une certaine homogénéité chimique. Les caractéristiques chimiques du milieu se traduisent principalement par leur caractère plus ou moins oxydé, une grande propriété chimique des corps. Ces propriétés sont importantes car elles vont permettre la circulation d’une certaine forme d’énergie du fait des différences de caractéristiques chimiques des milieux.

La lithosphère issue de la cristallisation en milieu profond est caractérisée par un milieu très réducteur (l’opposé d’oxydé). Dans les minéraux, les éléments sont présents sous une forme où ils sont faiblement liés avec des atomes d’oxygène. A l’inverse, l’atmosphère est au contraire saturée d’oxygène gazeux et constitue donc un milieu particulièrement oxydé. L’hydrosphère est située à l’interface entre ces deux milieux et elle va partager leurs caractéristiques. L’eau de pluie, l’eau des rivières, de la surface des lacs ainsi que l’eau de l’océan sont des eaux qui se sont équilibrées chimiquement avec l’atmosphère et sont donc oxygénées (elles sont chimiquement oxydantes). Dans des milieux où l’eau stagne ou circule lentement (les zones humides, les marais, les nappes d’eau souterraines), l’oxygène est consommé par les micro-organismes et le milieu devient réducteur. Les matériaux de la lithosphère n’étant pas adaptés aux conditions de l’atmosphère, ils se désagrègent lorsqu’ils sont au contact de l’eau et de l’air pour former des minéraux mieux adaptés : les argiles et des oxydes de fer et de manganèse. C’est via ces réactions chimiques (et biologiques) que se développe le sol, interface entre deux milieux. Le sol constitue effectivement une interface entre l’atmosphère et le milieu souterrain et il peut développer à la fois des conditions réductrices dans les pores qui échangent faiblement avec l’atmosphère et des conditions oxydantes dans les parties les plus ouvertes sur l’atmosphère.

La biosphère constitue un cas très particulier. Les mécanismes chimiques imposent un sens aux réactions chimiques et au contact avec l’atmosphère, les corps qui se forment spontanément (comme ceux du sol) sont fortement liés et riches en oxygène (ils sont donc oxydés). Former des corps réduits impose une forte consommation énergétique et ne se réalise pas spontanément. C’est l’une des prérogatives des êtres vivants que de former des composés : la matière organique plutôt réduits. Ils utilisent pour ce faire une source d’énergie, l’énergie solaire dans le cas de la photosynthèse, qui va être emmagasinée dans les liaisons moléculaires de la matière organique. Lorsque les organismes meurent, ils sont dégradés dans le sol par des micro-organismes dont c’est la fonction et qui utilisent l’énergie re-libérée par la rupture des liaisons moléculaires.