Th 4 chap 1 les écosystèmes, lieu d'interactions entre les êtres vivants et leur milieu

Rappels :

On appelle « écosystème » un ensemble d’éléments naturels en relation les uns avec les autres constitué d’un milieu de vie, le biotope, et l’ensemble des êtres vivants que l’on y trouve, la biocénose. Sur Terre, il existe de nombreux écosystèmes terrestres et aquatiques (lacs, montagnes, forêts…). Au sein d’un écosystème, les êtres vivants sont diversifiés (biodiversité) et établissent des relations entre eux, comme par exemple au travers de chaînes alimentaires qui constituent un réseau trophique. Les végétaux chlorophylliens sont des producteurs primaires à l’origine de la biomasse et sont donc à la base des chaînes alimentaires en y faisant entrer la matière minérale et l’énergie solaire. Le recyclage de la matière organique en matière minérale est réalisé par les décomposeurs présents dans le sol.

I- Organisation d'un écosystème

a) Etude de la biodiversité

TP 1 ateliers 1 et 2

La comparaison des écogrammes (un écogramme est un diagramme qui associe les besoins des plantes aux différents types de sols existants) de différents arbres permet de constater que certains d’entre eux possèdent les mêmes besoins physico-chimiques expliquant le fait qu’on les retrouve régulièrement associés sur la planète dans un même biotope.

Les paramètres physico-chimiques (eau, température, sols, luminosité, altitude…) interviennent dans la répartition des êtres vivants qui s’installent ainsi là où les facteurs leurs conviennent. La biocénose est donc en interaction avec le biotope.

Une compétition s’installe entre les espèces pour l’accès aux différentes ressources du biotope : c’est le cas des arbres pour l’accès à la lumière.

b) Les interactions au sein de la biocénose d'un écosystème

TP 3 atelier 3 et Act 1

Les interactions entre les différentes espèces au sein d’un écosystème sont de plusieurs types :

- Compétition (ex répartition des arbres selon l’accès à la lumière) : elle peut se manifester entre des individus d’une même espèce ou d’espèces différentes.

- Le parasitisme : Les êtres vivants parasites vivent aux dépens de leur hôte. Dans le cas des galles, certains insectes parasites déposent leur ponte sur une zone de l'arbre qui, en réaction, produit une structure protectrice. Les larves se nourriront ensuite de ce végétal. Tout au long de leur développement les parasites utilisent certaines ressources de leur hôte et les affaiblissent sans forcément provoquer leur mort.

- La prédation : Un prédateur est un organisme libre qui se nourrit aux dépens d'un autre. Les effectifs des populations de prédateurs et de proies évoluent de manière dépendante, cyclique et décalée. C'est le cas par exemple entre les grands herbivores de la forêt et les strates herbacées et arbustives qui subissent une pression d’herbivorie.

- La symbiose : Cette relation désigne une association durable à bénéfices réciproques entre êtres vivants. La majorité des plantes vivent en symbiose avec des champignons et ou des bactéries. Les mycorhizes, qui sont des associations entre filament de champignons et racines de végétaux, favorisent l'alimentation en eau et sels minéraux pour la plante qui, en échange, fournit des matières organiques aux champignons.

L’ensemble des interactions biotope – biocénose et intra- biocénose organisent les écosystèmes.

L’espèce humaine est un élément parmi d’autres de tous les écosystèmes qu’elle a colonisés. Elle y vit en interaction avec d’autres espèces entretenant des liens de parasitisme (ex tique), de prédation en vue de l’exploitation de ressources (ex exploitation du bois, chasse ou cueillette des champignons)

II- Le fonctionnement d'un écosystème

TP 2 et act 2

a) les écosystèmes, des zones de flux de matière

Les êtres vivants génèrent ou facilitent des flux de matières (eau, carbone, azote…) qui entrent (absorption racinaire, photosynthèse, respiration), circulent (réseau trophique) et sortent (évapotranspiration, érosion) de l’écosystème. Une partie de la matière est recyclée, notamment grâce au sol.

Ce sont les relations trophiques (alimentaires) entre les individus d’un écosystème qui permettent la circulation de matière.

Les relations trophiques s’organisent en plusieurs niveaux de consommation :

- les producteurs primaires, les végétaux chlorophylliens, autotrophes produisent leur matière à partir d’énergie lumineuse d’eau et de matière minérale.

- Ils sont consommés par les consommateurs primaires (les phytophages), hétérotrophes qui produisent leur matière et leur énergie à partir de la matière végétale consommée.

- Eux même consommés par les consommateurs secondaires (les zoophages), hétérotrophes qui consomment des consommateurs primaires.

Dans tous les écosystèmes la matière (et l’énergie) produite par un niveau trophique est transférée au niveau supérieur par les relations trophiques, il y a donc une circulation de matière et d’énergie.

A l’échelle de l’écosystème, si on veut quantifier ces transferts, on peut commencer à représenter la distribution de biomasse ou d’énergie par niveau trophique.

Ces modélisations vont prendre la forme de pyramides :

Plus on s’élève dans les niveaux trophiques de l’écosystème moins les individus sont nombreux. En effet, au niveau de chaque organisme le métabolisme entraîne des pertes : la quantité d’énergie transmise au niveau suivant est plus faible que la quantité ingérée.

La matière non assimilée et non utilisée est traitée par les décomposeurs du sol : la matière organique est ainsi transformée en matière minérale qui retourne au sol et qui est ainsi disponible pour les végétaux.

Au sein d’un écosystème les éléments chimiques qui circulent entre les niveaux trophiques sont prélevés au départ dans l’environnement et y retournent ensuite : on parle de cycles géochimiques. Les écosystèmes jouent un rôle important dans les cycles géochimiques comme le cycle de l’eau, du carbone ou du nitrate.

b) Les écosystèmes = des lieux réservoirs

Même si les éléments chimiques circulent au sein des écosystèmes les bilans d’entrées et de sorties de matière ne sont pas forcément équilibrés. Ainsi la forêt joue un rôle de réservoir de carbone car une partie du carbone entrant servira à la synthèse du bois et y sera stocké tant que le bois n’est pas détruit. Elle permet aussi par son évapotranspiration de restituer plus d’eau à l’atmosphère qu’un autre écosystème facilitant ainsi les précipitations.

Toute perturbation de l’écosystème aura donc une incidence sur les cycles géochimiques. Cela peut avoir des conséquences à l’échelle planétaires importantes : la déforestation, par exemple, entraine avec la combustion des arbres, une libération importante de CO₂ dans l’atmosphère et accentue le réchauffement climatique. Elle perturbe aussi les précipitations dans des régions plus ou moins éloignées.

III- L'évolution d'un écosystème

TP 3 : évolution d'un écosystème sans intervention de l'Homme

L’écosystème n’est pas une structure figée dans le temps. En effet, en raison des flux de matière et d’énergie variables dans le temps ainsi qu’en raison des relations variables qui existent au sein des écosystèmes les écosystèmes évoluent. On peut citer en exemple le renouvellement des populations qui pourraient être en compétition dans un même biotope, comme c’est le cas lors du remplacement de la chênaie par une hêtraie. En effet, le hêtre nécessite pour son début de croissance d’être à l’abri de grands arbres. Cependant sa vitesse de croissance étant plus rapide que celle du chêne, son imposante taille adulte finit par modifier les paramètres physico-chimiques de la forêt : la quantité de lumière disponible pour les chênes diminue favorisant ainsi leur disparition.

On peut aussi parler d’événements ponctuels qui mettent l’écosystème dans un état proche d’un jeune écosystème comme par exemple les incendies ou des épisodes de maladie. L’évolution du système modifié en l’absence de toute nouvelle perturbation le conduit vers un état relativement stable. Cette capacité à retrouver un état initial mature après perturbation est appelée « résilience de l’écosystème ».

Un écosystème se caractérise donc par un équilibre dynamique susceptible d’être bousculé par des facteurs internes et externes.