Qu'est-ce qu'un écosystème ?
Un écosystème est une unité de la nature où les êtres vivants sont en relation entre eux et avec les éléments non vivants autour d'eux. Une forêt, une mare, un lac, une prairie et un désert sont des écosystèmes naturels. Un jardin, un champ cultivé et un aquarium sont des écosystèmes artificiels (créés par l'être humain), parce que les gens les organisent et s'en occupent.
Composants biotiques et abiotiques
Les composants biotiques sont les parties vivantes : plantes, animaux, champignons et bactéries. Les composants abiotiques sont les parties non vivantes : lumière du Soleil, température, eau, air, sol et minéraux. On ne peut en enlever aucun sans changer l'autre. Sans lumière, les plantes meurent ; sans plantes, les animaux meurent de faim.
Producteurs, consommateurs et décomposeurs
Les producteurs sont les plantes vertes et certaines bactéries (comme les cyanobactéries, ou algues bleu-vert) qui fabriquent leur nourriture par photosynthèse. On les appelle des autotrophes.
Les consommateurs ne peuvent pas fabriquer leur nourriture, alors ils mangent d'autres êtres vivants. On les range en herbivores (mangent des plantes, par ex. la chèvre), carnivores (mangent des animaux, par ex. le lion), omnivores (mangent les deux, par ex. le corbeau, les humains) et parasites (vivent sur un hôte, par ex. les poux).
Les décomposeurs sont des bactéries et des champignons qui décomposent les plantes et les animaux morts en substances simples. Cela remet les minéraux dans le sol pour que les producteurs puissent les réutiliser. Sans décomposeurs, la matière morte s'accumulerait et le sol manquerait de nutriments.
Chaînes alimentaires, réseaux alimentaires et niveaux trophiques
Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants où chacun mange celui qui le précède. Exemple : herbe → sauterelle → grenouille → serpent → aigle. Dans l'eau : algues → petits poissons → gros poissons → héron.
Chaque étape d'une chaîne alimentaire est un niveau trophique : N1 = producteurs, N2 = consommateurs primaires (herbivores), N3 = consommateurs secondaires, N4 = consommateurs tertiaires.
Dans la nature, la plupart des animaux mangent plusieurs sortes de nourriture et ont plusieurs prédateurs. Alors beaucoup de chaînes se rejoignent et forment un réseau appelé réseau alimentaire (ou réseau trophique). Un réseau alimentaire rend l'écosystème plus stable : si une nourriture manque, les animaux peuvent passer à une autre.
Flux d'énergie et loi des 10 %
Les plantes vertes ne captent qu'environ 1 % de la lumière qui tombe sur leurs feuilles. Quand un herbivore mange une plante, il ne reçoit qu'environ 10 % de l'énergie stockée dans cette plante. Le reste sert aux propres fonctions vitales de la plante, part sous forme de chaleur, ou reste dans des parties qui ne sont ni mangées ni digérées. C'est la loi des 10 pour cent (énoncée par Lindeman).
Pourquoi le flux d'énergie est à sens unique (unidirectionnel)
L'énergie va du Soleil → producteurs → herbivores → carnivores. Elle ne revient jamais : l'énergie perdue sous forme de chaleur ne peut plus être utilisée par les plantes. Le flux d'énergie est donc unidirectionnel. Les minéraux, au contraire, tournent en cycle grâce aux décomposeurs.
Pourquoi les chaînes alimentaires n'ont que 3 à 4 niveaux
L'énergie tombe au dixième à chaque étape. Au quatrième ou cinquième niveau, il reste si peu d'énergie qu'elle ne peut plus faire vivre une population. C'est pourquoi les grands carnivores sont peu nombreux, et pourquoi un régime végétarien (manger au niveau 2) gaspille moins l'énergie du Soleil.
La bioamplification
Des pesticides comme le DDT sont pulvérisés sur les cultures. Une partie est lessivée vers le sol et l'eau et entre dans les plantes. Ces produits ne se décomposent pas et ne sont pas évacués par le corps ; ils se stockent dans la graisse. Un animal qui mange beaucoup de plantes récupère tout leur produit. L'animal suivant mange beaucoup de ces animaux, et ainsi de suite.
Ainsi, la quantité de produit par kg de corps augmente à chaque niveau trophique. C'est la bioamplification (ou magnification biologique). Les consommateurs du sommet, y compris les humains, reçoivent la dose la plus forte. C'est pourquoi les céréales, les légumes, le poisson et même le lait peuvent contenir des traces de pesticides.
Formules et définitions clés
- Énergie au niveau suivant = 10 % de l'énergie de ce niveau = E ÷ 10
- Énergie au niveau n = E₁ × (0,1)ⁿ⁻¹ (E₁ = énergie des producteurs)
- Énergie au niveau inférieur = énergie au niveau supérieur × 10 (pour descendre)
- Niveaux trophiques : N1 producteurs → N2 herbivores → N3 carnivores → N4 grands carnivores
- Flux d'énergie : à sens unique (Soleil → producteurs → consommateurs → perdue en chaleur). Nutriments : cycliques.
- Bioamplification : la concentration du produit augmente en montant les niveaux trophiques
Exemples résolus
1. Cite deux composants biotiques et deux composants abiotiques d'une mare.
Biotiques : plantes aquatiques (élodée, algues), poissons, grenouilles, bactéries. Abiotiques : eau, lumière du Soleil, oxygène dissous, sol du fond, température.
2. Dans une chaîne alimentaire, les producteurs contiennent 20 000 J d'énergie. Combien d'énergie arrive au consommateur secondaire ?
Producteur → consommateur primaire : 20 000 × 10 % = 2 000 J. Consommateur primaire → secondaire : 2 000 × 10 % = 200 J. Réponse : 200 J.
3. Un faucon (4e niveau trophique) reçoit 5 J d'énergie. Combien d'énergie contenaient les producteurs de sa chaîne ?
Descendre d'un niveau multiplie par 10. Niveau 3 : 50 J, niveau 2 : 500 J, niveau 1 : 5 000 J. Les producteurs contenaient 5 000 J.
4. Dans la chaîne herbe → cerf → tigre, si l'herbe contient 100 000 kJ, combien d'énergie le tigre reçoit-il, et quelle fraction de l'énergie de l'herbe cela représente-t-il ?
Cerf : 100 000 × 0,1 = 10 000 kJ. Tigre : 10 000 × 0,1 = 1 000 kJ. Fraction = 1 000 / 100 000 = 1/100 = 1 %.
5. Pourquoi un humain qui mange du poisson d'un lac pollué au DDT aura-t-il plus de DDT que le poisson ?
Le DDT ne se décompose pas et reste dans la graisse du corps. L'humain mange beaucoup de poissons avec le temps, donc tout leur DDT s'accumule en lui. Comme il est à un niveau trophique plus haut, l'humain finit avec la concentration la plus forte : c'est la bioamplification.
6. Pourquoi un réseau alimentaire est-il plus stable qu'une seule chaîne alimentaire ?
Dans un réseau, chaque animal a plusieurs choix de nourriture. Si une proie devient rare, le prédateur en mange une autre, et l'écosystème ne s'effondre pas.
Erreurs fréquentes
- Dessiner les flèches dans le mauvais sens. La flèche pointe vers celui qui mange : herbe → cerf veut dire que le cerf mange l'herbe (l'énergie circule dans le sens de la flèche).
- Dire que 10 % de l'énergie est perdue à chaque niveau. C'est l'inverse : environ 90 % est perdu et seulement 10 % passe.
- Croire que les décomposeurs sont un niveau trophique de la chaîne. Ils agissent sur la matière morte de tous les niveaux et on les montre à part.
- Confondre les deux tendances : l'énergie DIMINUE en montant dans la chaîne, mais la concentration de pesticide AUGMENTE en montant.