Flux de la matière et de l’énergie dans l’écosystème

Introduction

Dans un écosystème, les êtres vivants ne sont pas influencés seulement par les facteurs édaphiques et climatiques. Elles sont liées par des relations alimentaires. Ainsi, elles sont organisées en chaînes ou en réseaux trophiques.

• Quels sont les types de relations trophiques ?
  
• Quelles sont les caractéristiques des chaînes et des réseaux trophiques ?
  

I – Les relations trophiques

1 – La prédation

Exemple : un lion se nourrit sur un zèbre.
Relation trophique interspécifique, selon laquelle un prédateur tue des proies pour s’en nourrir.

2 – Le parasitisme

Exemple : la cochenille se nourrit sur les arbres fruitiers.
Relation trophique interspécifique, basée sur l’exploitation d’un être vivant, appelé hôte, par un autre appelé parasite. Elle est bénéfique pour le parasite seulement.

3 – La compétition

Exemple : les végétaux qui utilisent la même ressource en eau.
Relation de conflit, vis-à-vis de la même ressource naturelle (lumière, eau…). L’être vivant le plus adapté aux conditions de milieu de survie.

4 – La symbiose

Exemple : les plantes nectarifères et les insectes pollinisateurs associés.
Relation interspécifique, obligatoire et permanente, bénéfique pour les deux parties.

5 – Le commensalisme

Exemple : Les oiseaux qui nichent dans les arbres, obtiennent de celui-ci protection et un endroit où construire leur nid. Les arbres ne tirent absolument rien de cette relation.
Relation interspécifique, non obligatoire, et non permanente, bénéfique pour une seule partie, sans nuire à l’autre.

II – Réseaux trophiques

1 – chaînes alimentaires

a – détermination de régime alimentaire

On peut déterminer le régime alimentaire d’un animal par :

• Observation directe.
  
• Analyse des restes de repas (pelote de régurgitation).
  
• Analyse des excréments.
  

Le régime alimentaire des animaux est généralement diversifié, et peut varier selon les places de développement ou les saisons.
Dans la nature, on trouve les régimes suivants :

b – Chaînes alimentaires

La figure suivante montre les relations trophiques entre les différents êtres vivants de la forêt.

Q-1 – Donnez deux chaînes alimentaires à partir de la figure.
Q-2 – Donnez une définition de la chaîne alimentaire.
R-1-

• Feuilles d’arbres → Larve → Pic → martre.
  
• Herbe → Campagnol → Renard.
  

R-2 – La chaîne alimentaire : est un ensemble de relations trophiques entre plusieurs espèces (végétales, animales). Chaque être vivant dans la chaîne mange celui qui le précède, et il est mangé par celui qui le suit.

2 – Les réseaux trophiques

Le réseau trophique est un ensemble de chaînes alimentaires reliées entre elles au sein d’un écosystème et par lequel d’énergie et la biomasse circulent entre les différents niveaux trophiques.
On distingue 3 catégories d’organismes qui composent le réseau (ou la chaîne) trophique :

• Les producteurs : sont des végétaux chlorophylliens qui utilisent l’énergie lumineuse pour la photosynthèse, afin de produire la matière organique à partir de la matière minérale (l’eau et sels minéraux). Ce sont des êtres vivants autotrophes.
  
• Les consommateurs : sont des espèces hétérotrophes dont on distingue 3 groupe :
  
  
• Les consommateurs primaires (C I) : les herbivores.
  
• Les consommateurs secondaires (C II) : des carnivores qui se nourrissent sur les herbivores.
  
• Les consommateurs tertiaires (C III) : des carnivores qui se nourrissent sur d’autres carnivores.
  
• Les décomposeurs : les bactéries et les champignons qui dégradent la matière organique et la transforment en matière minérale.
  

III – Les pyramides de la biomasse et de l’énergie

Les tableaux suivants présentent des estimations de la biomasse et de l’énergie d’une chaîne alimentaire.

• Tableau 1 :
  

• Tableau 2 :
  

Q-1 – Donnez la chaîne alimentaire correspondante à chaque tableau.
Q-2 – Réalisez la pyramide de la biomasse et d’énergies pour la première chaîne alimentaire.
Q-3 – Quelle est la source d’énergie pour les plantes vertes ? Quel est le devenir de cette énergie dans la chaîne alimentaire ?
Q-4 – Calculez le rendement de biomasse (entre P et C I ; C I et C II). Interprétez les résultats.
Q-5 – Calculez le rendement final des deux chaînes. Interprétez les résultats.

R-1-

• La chaîne alimentaire du 1ᵉʳ tableau : Plantes → Rangeurs → Hibou des marais.
  
• La chaîne alimentaire du 2ᵉ tableau : Plantes → insectes → insectivores → Hibou des marais.
  

R-2 – La pyramide de la biomasse : Les blocs sont de même hauteur, mais leurs surfaces sont proportionnelles à la biomasse.

• Pour la 1ʳᵉ chaîne alimentaire :
  

• La pyramide d’énergie de la 1ᵉ chaîne alimentaire
  

R-3 – Les plantes vertes tirent leur énergie à partir de la lumière, puis transforment cette énergie lumineuse en énergie chimique (matière organique).
Durant les relations trophiques, la matière se déplace d’un maillon à un autre. Avec ce déplacement de la matière, l’énergie se déplace aussi. Mais, durant une chaîne alimentaire, la biomasse et l’énergie diminuent : on parle alors du flux d’énergie.

R-4-

• La formule de rendement est :
  

R = (La biomasse du maillon supérieur / La biomasse du maillon inférieure) * 100.

• La formule de rendement final
  

Rf = (La biomasse du dernier maillon / La biomasse des producteurs) * 100.

• Interprétation :
  

Les C1 utilisent seulement 0,18 % de la biomasse de producteur, de même les C2 utilisent uniquement 0,18 % de la biomasse des C1. Ainsi, la biomasse diminue lorsqu’on s’éloigne des producteurs vers les consommateurs.
La perte de la biomasse s’explique par les facteurs suivants :

• Les fonctions physiologiques (comme la respiration).
  
• Matière non assimilée.
  

R-5- Calcul des rendements.
On remarque que le rendement final de la première chaîne alimentaire est plus grand que celui de la 2ᵉ chaîne, et cela est dû au nombre de maillons dans chaque chaîne alimentaire => plus le nombre des maillons est grand, plus le rendement final diminue.

VI – L’aspect dynamique de l’écosystème

Le tableau suivant montre les différentes étapes de l’évolution d’un écosystème :

Q – Analyser le tableau et proposer une définition du climax.
R– D'après l’analyse des données du tableau, on constate que l’écosystème se forme progressivement pendant une longue durée, à la suite de l’apparition des constituants vivants et non vivants et de leur interaction, ce qui forme des successions écologiques :

• Dégradation de la roche mère sous l’effet des changements physico-chimiques.
  
• L’apparition des micro-organismes.
  
• Enrichissement de sol par la matière organique et minérale, puis apparition d’herbe et de quelques animaux.
  
• Apparition des arbustes et arbres
  

Le climax est le stade final de l’évolution d’un écosystème qui aboutit à un état d’équilibre relativement stable en absence d’intervention de l’homme.

Exercice : le graphe suivant montre la dynamique des deux populations (proie et prédateurs) au cours du temps.

Q – Décrivez l’évolution des nombres des proies et des prédateurs avec le temps.

R – L'évolution des nombres des proies et des prédateurs avec le temps peut être divisée en quatre phases :

1- Le nombre des prédateurs est grand, ce qui conduit à la diminution du nombre des proies. Mais, comme il n’y a pas beaucoup de proies, les prédateurs ont une faible reproduction et leur nombre diminue.

2- Le nombre des prédateurs est maintenant faible. Le nombre des proies se met à augmenter parce que la prédation est faible. Par contre, le nombre des proies est encore à un faible niveau et elles sont insuffisantes pour les prédateurs qui continuent de baisser.

3- La disponibilité en proies est devenue satisfaisante et le nombre des prédateurs se remet à augmenter. Par contre, comme il est encore faible, le nombre des proies continue à augmenter.

4- Le nombre de prédateurs est à présent grand et la population des proies commence à baisser sous l’effet de la prédation. Comme la disponibilité en proies reste suffisante, le nombre des prédateurs continue d’augmenter. Puis retour à (1)…