Organisation et interactions globales au sein d'un écosystème
Organisation et interactions globales au sein d'un écosystème
Un écosystème est composé d’un biotope et d’une biocénose.
Le biotope c’est l’ensemble de conditions physico-chimiques (ou abiotiques : pas en lien direct avec des êtres vivants) dans un endroit donné. Les conditions abiotiques sont la température, l’humidité, etc.
On travaille donc sur un lieu particulier défini par des conditions physico-chimiques qui influencent le développement de la population, donc de toutes les espèces qui peuplent l’écosystème en question : c’est la biocénose.
Dans un écosystème, on distingue donc les conditions abiotiques et les facteurs biotiques qui caractérisent les êtres vivants dans l’air, sur terre et sous terre que l’on va trouver à toutes les échelles dans un milieu défini. On donne aussi la taille du milieu pour le caractériser.
I. Étude de la foret tempérée
A. Relevés des conditions et caractéristiques abiotiques
Quand on se promène dans la forêt tempérée, on repère des zones ombragées/ensoleillées, des zones avec beaucoup de mousses ou de conifères, avec beaucoup d’insectes, etc. Au-delà de ces impressions, étudier l’écosystème c’est faire des relevés standardisés sur une durée déterminée et sur un espace précisément fixé pour pouvoir comparer un relevé à un autre, une forêt à une autre. Les relevés permettent de définir précisément le biotope d’une forêt (les conditions abiotiques).
Dans ce biotope, on retrouve la surface totale de la parcelle, l’humidité et l’hygrométrie, son pH (son acidité), la composition du sol en minéraux, l’étude de sa température (nombre de jours de gelées), sa luminosité (différentes selon la période de l’année ou les zones de la forêt). Ce relevé permet de définir les caractéristiques abiotiques de la forêt d’intérêt.
On va également s’intéresser au peuplement de cette forêt et donc à sa biocénose : les arbres dominants, les plantes à fleurs, les arbustes, les mousses, les fougères, les champignons, les oiseaux, les mammifères, etc. On s’intéresse aussi à la faune des sous-sols : les vers, etc. Mais aussi aux bactéries et à tous les organismes qui peuvent vivre à la surface ou dans le sous-sol.
B. L’étude de la forêt à différentes échelles
Étudier la forêt est important à l’échelle de la France mais aussi à l’échelle de la planète car la forêt représente environ 40 millions de m2 sur Terre, c’est-à-dire à peu près 30 % de sa surface.
En France cela représente 160 000 km2.
II. Schéma simplifié de l’organisation de la forêt
Les arbres peuvent aller jusqu’à plusieurs dizaines de mètres de hauteur et peuvent être de différentes espèces et de différentes tailles.
On a les facteurs abiotiques : luminosité, eau, vent, etc.
On a le peuplement : en l’air, sur Terre et sous terre.
Au niveau de cette forêt tempérée, il y a :
– une structure verticale précise : arbres très hauts (strate arbustive élevée), des strates arbustives plus basses (10 m de haut), des strates herbacées ou arbustives (quelques dizaines de centimètres de haut ou moins). Il y a une répartition non aléatoire des espèces vivantes.
– une répartition horizontale précise, car selon l’endroit, il n’y a pas éventuellement la même humidité mais surtout la même lumière. En effet, les arbres sont les intervenants principaux en termes de peuplement de la forêt. A certains endroits, ils ménagent des clairières où la lumière va jusqu’au sol, alors qu’à d’autres endroits la lumière pénètre peu les arbres et ne va pas jusqu’au sol. La répartition horizontale est elle aussi non aléatoire et dépend de la lumière ménagée par les arbres.
A. Les facteurs abiotiques conditionnent la répartition des espèces
Il existe des interactions multiples entre êtres vivants mais aussi entre facteurs biotiques et abiotiques. Dans un écosystème, les facteurs abiotiques (conditions physico-chimiques) conditionnent la répartition des espèces. C’est finalement la donnée la plus intuitive. Par exemple, dans la forêt, la lumière va influencer le développement des arbres. Le chêne, par exemple, a besoin de beaucoup plus de lumière pour grandir que le hêtre. Alors que le hêtre aura besoin de beaucoup d’eau et le chêne, moins.
Les facteurs abiotiques vont donc conditionner l’endroit où les êtres vivants vont s’implanter, puis se développer et y vivre. Les arbres n’ont pas tous les mêmes besoins et donc ne vont pas tous s’installer au même endroit.
B. Les êtres vivants influencent les conditions abiotiques locales
En fonction de leur installation, dans la forêt par exemple, les êtres vivants peuvent influencer les conditions physico-chimiques. Ce sont les arbres qui ont la plus grande influence. Les arbres filtrent la lumière (branches et feuilles hautes), ils régulent la température et l’humidité (absorption/relargage de l’eau, par exemple pendant la canicule, sans arbres, le milieu est plus chaud qu’un milieu boisé), ils freinent le vent (limitation), ils modifient le sol (structure et composition dû aux racines parfois très grandes et profondes).
Les racines attaquent et modifient chimiquement les roches et minéralisent le milieu. Les arbres créent un microclimat : le climat général est influencé par leur présence dans la forêt.
C. Les êtres vivants interagissent entre-eux
Les êtres vivants interagissent entre-eux par des relations de prédation, de collaboration, etc.
Conclusion
Un écosystème est un endroit donné de surface réduite ou grande qu’on peut étudier précisément à l’aide de relevés standardisés qui vont permettre de comprendre la répartition des êtres vivants (biocénose) horizontale et verticale. Ces relevés vont aussi permettre de comprendre quelles sont les conditions physicochimiques et le biotope de l’écosystème. Donc, biotope et biocénose sont en interaction permanente au sein de l’écosystème.
Réseaux trophiques, flux de matière et cycle de carbone dans les écosystèmes
I. Relations trophiques
Les relations trophiques (proie/prédateur) peuvent être représentées sous forme de pyramides trophiques. Sur cette pyramide trophique, on retrouve à la base les producteurs primaires : végétaux chlorophylliens (arbres, arbustes, plantes à fleurs). Par l’intermédiaire de la photosynthèse, ces producteurs primaires produisent de la matière organique. Ils sont autotrophes, produisent leur source de carbone et absorbent du CO2 dans l’atmosphère. Ils sont ensuite consommés par des consommateurs primaires, secondaires et tertiaires (C1, C2, C3).
Il peut y avoir un arbuste consommé par un petit animal (exemple : le serpent), consommé par un plus gros animal (exemple : oiseau). Les chaînes alimentaires définissent des relations trophiques et, à chaque échelon, on a un transfert de matière puisqu’on consomme quelque chose, mais aussi un transfert d’énergie puisque chaque consommateur récupère de l’énergie en transformant la matière organique ou minérale qu’il absorbe. Il produit sa propre énergie qui permet à son organisme de fonctionner.
Les décomposeurs récupèrent ensuite les organismes à leur mort et transforment la matière organique en matière minérale. Cette dernière est utilisée notamment par les producteurs primaires.
A chaque échelon de la pyramide trophique, la taille des rectangles diminue. Cela symbolise qu’il y a des pertes de matières et d’énergie à chaque étape de la chaîne alimentaire (comme quand on mange ou quand on respire). Toutes ces pertes prouvent que l’efficacité est moindre à chaque échelon.
II. La forêt et le stockage du carbone
On a représenté un arbre, producteur primaire, qui réalise la photosynthèse : absorption de CO2 et production d’O2.
Le producteur primaire produit de la matière organique. Cette production brute est appelée Production Primaire Brute (PPB) et correspond à tout ce qui est produit comme matière organique à partir d’énergie et de matière minérale par les végétaux.
Comme tout être vivant, cet arbre respire et il va rejeter du CO2 et absorber de l’O2. C’est la même chose pour les consommateurs et les décomposeurs.
La Production Primaire Nette (PPN) correspond à la production des producteurs primaires à laquelle on a retiré les pertes par respiration.
Dans les relations trophiques, on voit qu’il y a absorption de carbone et perte de carbone également. L’écosystème « forêt » est donc un stock de carbone. Ce stock est réalisé dans le sol et dans les êtres vivants. Dans les forêts françaises exploitées, on a un stock de 80 à 150 T de carbone par hectare (= 10 000 m2) de forêt. Ce stock peut monter à plus de 200 T/ha dans les forêts plus touffues et non exploitées par l’Homme. Ce stockage se répartit de façon précise : 51 % dans le sol (d’où l’importance de la protection des sols), 7 % dans les racines, 32 % dans le bois, 2 % dans les feuilles, 0,5 % dans les animaux et 8 % dans la litière. La forêt est donc le lieu d’un stockage important de carbone. Même à l’état climacique (climax = équilibre dynamique), la forêt reste un puit important de carbone. Elle va stocker plus de carbone qu’elle ne va en rejeter. La production nette de carbone est positive dans les forêts même âgées. On produit plus qu’on ne rejette de carbone par respiration.
III. Bilan carboné simplifié de la forêt française
De façon schématique, la forêt tempérée est à la fois un puit de carbone et une source de carbone pour l’atmosphère.
Dans l’atmosphère, il y a environ 780 milliards de tonnes de carbone stocké (CO2, méthane, etc.). La production française correspond à environ 90 millions de mètres cubes par an de biomasse.
La biomasse est l’ensemble des êtres vivants (animaux, végétaux, etc). Elle va stocker environ 32 millions de tonnes de carbone.
La forêt exploitée est aussi une source de carbone. Elle va rejeter du carbone par la respiration, la décomposition, les feux de forêts, l’utilisation des énergies fossiles au cours de l’exploitation de la forêt. Dans ce bilan carboné simplifié de la forêt française, on retient que la forêt est un puit naturel de carbone (elle absorbe plus de carbone qu’elle n’en rejette par la respiration). En tant que forêt tempérée, elle joue le rôle de puit mais aussi de source de carbone. Sur cette source de carbone, l’Homme peut avoir une influence en limitant les rejets de carbone : limiter l’utilisation des énergies fossiles et trouver des énergies alternatives, contrôler les feux de forêts qui sont plus répandus en été ou au cours des autres saisons dû au réchauffement climatique.