Circulation de la matire et de lnergie dans

Circulation de la matière et de l’énergie dans les écosystèmes

Introduction - Rappel : Qu’est-ce qu’un écosystème ? Système d’interactions qui s’exercent entre un biotope et une biocénose • Biotope : milieu physicochimique peuplé par une biocénose (milieu de vie de la biocénose càd zone géographique où les conditions physico-chimiques sont approximativement uniformes. • Biocénose : ensemble des êtres vivants peuplant le biotope

Schématisation d’un écosystème :

Facteurs biotiques et abiotiques • Facteurs biotiques = ensemble des facteurs liés aux êtres vivants (EV). Ils caractérisent les interactions entre les EV et leur milieu de vie. Exemples : relations trophiques, impact des EV sur le milieu. • Facteurs abiotiques = = ensemble des facteurs non liés aux EV. Ils caractérisent le biotope et peuvent agir sur la biocénose. Exemples : climat, sol, topographie, hydrologie.

• L’écosystème est avant tout une zone d’étude pour laquelle il est difficile de définir une limite claire. En fonction de la taille de la zone d’étude, on peut définir : des micro-écosystème (exemples : une souche d’arbre mort, une bouse de vache…) des méso-écosystèmes ou écosystèmes moyens (exemples : une forêt, une rivière) des éco-complexes (exemple : la forêt + la clairière + le ruisseau + les vieux murs…) des biomes ou macro-écosystèmes = grandes zones géographiques caractérisées par une végétation qui traduisent un climat particulier. Exemples : les forets boréales, les forêts tempérées, steppes, désert … les écotones sont les zones de transition entre deux écosystèmes voisins.

Il y a autant d'écosystèmes que de biotopes et de biocénoses différents. Un agrosystème : C’est avant tout un écosystème c'est pourquoi on parle d'agro-écosystème. La particularité de cet écosystème est d’être créé et géré par l’Homme dans un but de production.

I- Les besoins en énergie et en matière d’un être vivant

• Autotrophe • Hétérotrophe

II- Les niveaux trophiques, Les chaînes alimentaires/ trophiques et les réseaux trophiques.

II-1/ Les niveaux trophiques • Dans un écosystème, les êtres vivants sont unis par des relations alimentaires (=trophiques). • On peut distinguer 3 grandes catégories d’êtres vivants selon leur rôle trophique dans l’écosystème (3 principaux types de niveaux trophiques en fonction du régime alimentaire).

• Les producteurs primaires : Ce sont les EV autotrophes : EV qui fabriquent leur matière organique à partir de matière minérale et d’énergie (lumineuse ou chimique). Dans la plupart des écosystèmes, ce sont les végétaux chlorophylliens • Les consommateurs : Ce sont les EV qui se nourrissent d’autres EV. Ils st hétérotrophes : EV qui ont besoin d’une source de matière organique pour fabriquer leur propre matière organique.

• Les décomposeurs : Ce sont les EV qui se nourrissent des matières organiques mortes ou déchets organiques (excréments). Ils st eux aussi hétérotrophes. Les producteurs primaires sont à la base de toutes les chaînes alimentaires Ils sont responsables de l'entrée de l'énergie et de la matière dans les écosystèmes. Les consommateurs sont aussi des producteurs mais de second ordre ou : producteurs secondaires.

• Parmi les consommateurs on distingue plusieurs ordres : les CI se nourrissent de PI, les CII de CI et les CIII de CII… Remarque : La vision de l’écosystème en niveau trophique est imparfaite car en fonction des régimes alimentaires une espèce peut être considérée comme appartenant à un niveau trophique ou a un autre.

Remarque : Dans un écosystème équilibré, le nombre d’individus d’un niveau est toujours plus élevé qu’au niveau supérieur. Exemple : la musaraigne qui se nourrit de racine ou bien d’insectes phytophages (CI) (CII).

II-2/ Les chaînes alimentaires • a/ Schématisation Une chaîne alimentaire est la représentation des relations trophiques reliant des êtres vivants d’un écosystème. Le premier maillon est constitué Chaque maillon représente par un producteur primaire, un niveau trophique. Une chaîne alimentaire correspond à une représentation linéaire et simplifiée des relations trophiques existant dans un écosystème.

Être vivant 1 Être vivant 2 Niveau trophique 1 Être vivant 3 Niveau trophique 2 Producteur 1 Consommateur 1 Producteur 2 Niveau trophique 3 Consommateur 2 Producteur 3 la flèche signifie « est mangé par » Exemple : Renard Basilic Végétal Producteur primaire (P) II) Fétuque Lapin Limace Herbivore Consommateur primaire (CI) Grive Carnivore Consommateur secondaire (C

La flèche est orientée pour représenter le sens de circulation de la matière (la matière végétale est utilisée par le CI pour fabriquer sa matière animale, celle du CI utilisée par le C II…. ) La flèche signifie donc « est mangé par » . Souvent relations trophiques : prédateur/proie P I → C II → C III (P II) (P III) (P IV) Les consommateurs sont des producteurs puisqu’ils produisent leur matière organique à partir de celle qu’ils consomment.

b/ Plusieurs types de chaînes trophiques - Les chaînes de prédateurs : Elles partent d’un végétal et passent par des organismes de plus en plus gros. Végétal (producteur) Herbivore (CI) mésoprédateur (C II) superprédateur (C III) superprédateur : prédateur situé à l’extrémité de la chaîne alimentaire, qui n’est la proie d’aucune autre espèce animale (l’homme, prédateur ultime n’est pas pris en compte) mésoprédateur : prédateur intermédiaire En milieu terrestre, ces chaînes présentent en général 3 ou 4 maillons. En milieu aquatique, elles sont plus longues.

- Les chaînes de parasites : A l’inverse, ici la taille des organismes diminue le long de la chaîne Maïs pyrale du maïs (lépidoptères) trichogramme (hyménoptères), hyperparasite utilisé en lutte bio - Les chaînes saprophytiques : La chaîne débute par de la matière organique morte. Les consommateurs primaires sont qualifiés de. saprophages ou de détritivores saprophage : qui se nourrit de matière organique en cours de décomposition détritivore : qui se nourrit de cadavres ou d’excréments

On rencontre ce type de chaîne : - dans le milieu abyssal et dans le milieu cavernicole, car en absence de lumière il n’y a pas de végétaux - Ces chaînes sont aussi majoritaires dans le sol Remarque : au niveau des dorsales océaniques, il y a des producteurs primaires. - Ce sont des bactéries qui fabriquent des molécules organiques à partir de molécules minérales et d’énergie chimique (issue de l’oxydation des sulfures) : bactéries autotrophes - Ces bactéries sulfureuses sont soit libres dans l’eau de mer, soit vivent en symbiose avec des vers.

Abysse : Fond océanique de plus de 200 m de profondeur Dorsales : chaînes sous-marines localisées à la limite de deux plaques lithosphériques divergentes. Ver tubicole créatures géantes colorées Ver de pompei – Annelides – Ev extrémophile (thermorésistance jusqu » à 80°C) Galathée -Crustacées Serpule Annélides

Remarque : dans le sol - Doc 5 p 141 - Stérilisation : destruction de tout être vivant dont les bactéries -Aspect des 3 boîtes : On observe la disparition de la bande de papier filtre constitué de cellulose avec la terre fraîche mais non avec la terre stérilisée. Donc présence d’EV utilisant la cellulose. - Moins d’EV dans du sable que dans la terre fraîche.

II-3/ Les réseaux trophiques - Les différentes chaînes trophiques d’un écosystème ne sont pas indépendantes : une espèce peut être la proie de différents prédateurs ou parasites et un prédateur peut avoir plusieurs proies. - Les chaînes sont donc interconnectées et constituent le réseau trophique de l’écosystème. Un réseau trophique correspond donc à l’ensemble des relations qui unissent, d’un point de vue alimentaire, les différents êtres vivants d’une biocénose.

Exemple du réseau trophique forestier : C’est un type de représentation imagé qui replace les différents organismes dans leurs biotopes ; il n’est pas possible de faire figurer toutes les chaînes qui existent mais il montre la complexité du réseau.

Dans un réseau trophique, on peut distinguer plusieurs niveaux trophiques : - Le premier niveau est celui des producteurs primaires. -Les organismes qui se nourrissent des producteurs primaires sont de niveau II…etc -Les décomposeurs constituent le niveau 0 (ils ne distinguent pas l’origine de la matière organique morte) Remarque : niveau et réseau trophiques sont des notions un peu simplificatrices ; En effet, un même animal peut appartenir à différents niveaux trophiques selon les définitions. C’est le cas des omnivores, ou bien de divers prédateurs qui consomment des herbivores mais aussi d’autres carnivores. Ex : la mante religieuse appartient au niveau III quand elle mange un criquet herbivore et au niveau IV quand elle mange une sauterelle-même carnivore.

Exercice : Réseau trophique aquatique des Mammifères marins des eaux en Antarctique !!! L'Arctique est constituée principalement d'un océan gelé (banquise) entouré de terres très froides (toundra) Nombreuses espèces animales y vivent, comme : l’ours polaire, le renard polaire, le renne (ou caribou), le hibou grand duc arctique… L'Antarctique - 98 % de sa surface sont recouverts d'une couche de glace d'une épaisseur moyenne d'1, 6 km Continent le plus froid, le plus sec et le plus venteux. Seuls des plantes et des animaux adaptés au froid, au manque de lumière et à l‘aridité y survivent, comme des manchots, des phoques, des poissons, des crustacées, des mousses (Bryophytes), des lichens (association symbiotique algue/champignon) et de nombreux types d‘algues.

Arthropode-Crustacée -Expliquer pourquoi le krill (formé de petites crevettes de taille inférieure à 5 cm, vivant en essaims, près de la surface et dont le corps est transparent) est important dans cet écosystème. C'est une espèce clé dans l‘écosystème antarctique, car est la base de l'alimentation pour de nombreux animaux comme le rorqual (baleine bleue), le phoque crabier, le manchot, les poissons, De plus cela permet l'exportation de carbone vers les fonds marins grâce à ses excréments. En termes de biomasse, elle atteint environ 500 millions de tonnes, soit l'une des espèces les plus abondantes de la planète.

- Expliquer quand le krill a un niveau trophique de II Le premier niveau est celui des producteurs primaires = Phytoplancton Le krill qui se nourrit de phytoplancton est alors de niveau II…etc - Etablir la chaîne la plus courte et la chaîne la plus longue. La plus courte Phytoplancton (producteurs primaires) krill (C I) rorqual (baleine bleue) (C II) La plus longue Phytoplancton (producteurs primaires) zooplancton herbivore ( C I) zooplancton carnivore (C II) krill poissons calmar léopard de mer orque

Calmar – Mollusque – Céphallopode Tous les calmars sont des prédateurs, à la possible exception des calmars à longs bras. Ils s'attaquent principalement aux poissons, aux crustacées ainsi qu'à d'autres mollusques. Les calmars sont occasionnellement cannibales plus grands calmars pouvant s'attaquer aux plus petits Les calmars juvéniles se nourrissent de zooplancton

II-4/ Comparaison des réseaux trophiques d’un agrosystème et d’un écosysteme naturel Les agro-écosystèmes sont des écosystèmes gérés par l'Homme. Des études de milieux pour un milieu forestier et pour une parcelle de maïs : Nombre d’espèces présentes Et coefficient de fréquence Milieu forestier Parcelle de maïs 30 espèces relevées Fréquence de 10 à 100% 18 espèces relevées 1 espèce dominante Les autres ont des faibles coefficients d’abondance-dominance. Types biologiques et types de stratégies Phanérophytes Qq hémicryptophytes Qq chaméphytes Thérophytes dominants (espèces stratégies r)

Rappels Le coefficient d’abondance-dominance des espèces végétales : • La notion qui tient compte à la fois : - du nombre d’individus de chaque espèce rencontrée - de la surface au sol couverte par l’espèce. • L’abondance d’une espèce permet d’estimer le degré de présence de celle-ci. Elle quantifie le nombre d’individus par surface de référence (plantes rares, fréquences…) • La dominance d’une espèce représente la place occupée par la plante (en projetant au sol son appareil végétatif)

Rappels : Classification de Raunkier – Types biologiques Cette classification est basée sur le mode de passage de la mauvaise saison chez les végétaux (soit l’hiver en région tempérée). On prend en particulier en considération la position des bourgeons et leur degré de protection.

A partir de ces données il est possible de faire une comparaison : Ecosystème naturel : forêt Producteurs Diversité Stratégie Consommateurs Diversité Stratégie Chaînes trophiques Nombre Longueur Réseau trophique Caractéristique Pérennité Agrosystème : Champ de maïs

Producteurs Consommateurs Chaînes trophiques Réseau trophique Ecosystème naturel : forêt Agrosystème : Champ de maïs Diversité Importante 30 espèces relevées Réduite 18 espèces Stratégie r et K r Diversité Importante Réduite Stratégie R et K R Nombre Elevé Faible Longueur 4 à 5 maillons Réduite Caractéristique Complexe Simplifiée Pérennité stable Instable (maintien par l’homme) Les interventions humaines dans un agro-écosystème conduisent à une simplification du réseau trophique : lutte contre les adventices, les ravageurs, … il y a donc baisse de la biodiversité.

II – Cycle de matière et Flux d’énergie dans les systèmes vivants (livre à partir de p 152)