Les écosystèmes Évolution et diversité du vivant Présenté par Karine Dion Évolution et diversité du vivant

NIVEAUX TROPHIQUES, CHAÎNES ET RÉSEAUX ALIMENTAIRES

LES ÉCOSYSTÈMES Niveau trophique  Ensemble des organismes de l’écosystème qui obtiennent leur énergie à partir du même étage alimentaire.

Les niveaux trophiques d’un écosystème LES ÉCOSYSTÈMES Les niveaux trophiques d’un écosystème Premier niveau:  producteurs Second niveau:  consommateurs « herbivores » Troisième niveau:  consommateurs « carnivores primaires » Quatrième niveau:  consommateurs « carnivores secondaires »

Les niveaux trophiques d’un écosystème LES ÉCOSYSTÈMES Les niveaux trophiques d’un écosystème Les omnivores et les consommateurs détrivores font partie de plusieurs niveaux trophiques à la fois. Ils se nourrissent à divers étages alimentaires.

Les niveaux trophiques d’un écosystème LES ÉCOSYSTÈMES Les niveaux trophiques d’un écosystème

LES ÉCOSYSTÈMES Chaîne alimentaire  Transfert de la nourriture d’un niveau trophique à l’autre; transfert d’énergie et de matière en « ligne droite »

Chaîne alimentaire terrestre LES ÉCOSYSTÈMES Ex. La chaîne de la forêt boréale Sapin baumier Lièvre d’Amérique Lynx du Canada Loup Vers de terre, bactéries, mycètes

Chaîne alimentaire marine LES ÉCOSYSTÈMES Phytoplancton Zooplancton Harengs Thons Dauphins Crabes http://underwaterworld.free.fr/faka/bancs_poissons_contre_jour.jpg http://membres.lycos.fr/chiorboli/hobbies.html http://www.ac-toulouse.fr/meteo/ventset/dauphin.jpg

LES ÉCOSYSTÈMES Réseau alimentaire  Ensemble de chaînes alimentaires interreliées: transfert d’énergie et de matière en zigzag. = réseau trophique = structure trophique

Carnivores secondaires (Lignes mauves) Carnivores primaires (Lignes bleues) Herbivores (Lignes beiges)

LA CIRCULATION DE L’ÉNERGIE DANS L’ÉCOSYSTÈME (FLUX D’ÉNERGIE)

Les principaux paramètres du flux de l’énergie LES ÉCOSYSTÈMES Les principaux paramètres du flux de l’énergie Flux d’énergie  C’est le transfert d’énergie d’un niveau trophique à l’autre.

Les principaux paramètres du flux de l’énergie LES ÉCOSYSTÈMES Les principaux paramètres du flux de l’énergie 1. Le rôle de l’énergie est de permettre d’organiser la matière minérale en matière organique. 2. La source première d’énergie de la plupart des écosystèmes est la lumière solaire.

Les principaux paramètres du flux de l’énergie LES ÉCOSYSTÈMES Les principaux paramètres du flux de l’énergie 3. L’énergie circule des producteurs aux détrivores (flux unidirectionnel). 4. L’énergie diminue en moyenne de 90% à chaque niveau trophique. Donc, seulement 10% de l’énergie contenue dans un niveau s ’incorpore à la biomasse du niveau supérieur.

Les principaux paramètres du flux de l’énergie LES ÉCOSYSTÈMES Les principaux paramètres du flux de l’énergie 5. La chaîne alimentaire s’arrête lorsqu’il n’y a plus assez d’énergie pour maintenir un niveau trophique supérieur. L’énergie emmagasinée dans le dernier niveau finit par se dissiper.

Les principaux paramètres du flux de l’énergie LES ÉCOSYSTÈMES Les principaux paramètres du flux de l’énergie 6. L’énergie est non recyclable. 7. L’énergie est une ressource renouvelable.

Causes fondamentales des pertes d’énergie LES ÉCOSYSTÈMES Causes fondamentales des pertes d’énergie 1. Ce qui est mangé Seule une fraction de la proie végétale ou animale est effectivement prélevée et dévorée par le niveau supérieur. 2. Ce qui est assimilé Seule une partie des aliments ingérés est digérée puis assimilée.

Causes fondamentales des pertes d’énergie LES ÉCOSYSTÈMES Causes fondamentales des pertes d’énergie 3. L’efficacité relative de la respiration cellulaire Seulement 58% de l’énergie du glucose est transféré à de l’ATP, le reste est perdu en chaleur. 4. L’efficacité du transfert de l’énergie de l’ATP

Causes fondamentales des pertes d’énergie LES ÉCOSYSTÈMES Causes fondamentales des pertes d’énergie 5. L’énergie pour maintenir la vie Une part de l’énergie des molécules d’ATP maintient le métabolisme basal de l’animal et ses activités. http://perso.wanadoo.fr/sylviane.klein/frames/Cadre_b.htm http://fly.hiwaay.net/~jlspence/akfight.jpg http://members.chello.be/cr46107/

LES ÉCOSYSTÈMES

Bilan radiatif de la Terre LES ÉCOSYSTÈMES Bilan radiatif de la Terre http://perso.numericable.fr/~frgheusi/UPS/figures/BilanRadiatif.gif

Bilan radiatif de la Terre LES ÉCOSYSTÈMES Bilan radiatif de la Terre * 1% de la lumière visible est captée par les chloroplastes. * 170 milliards de tonnes de matière organique / année.

La productivité primaire LES ÉCOSYSTÈMES La productivité primaire Productivité primaire brute (PPB) Quantité totale d’énergie lumineuse que les plantes transforment en énergie chimique. Correspond donc à la photosynthèse. 1% de l’énergie lumineuse sous forme de lumière bleu-violet et rouge Chloroplaste d’une cellule végétale Membranes contenant de la chlorophylle, la molécule qui capte l’énergie lumineuse

La productivité primaire LES ÉCOSYSTÈMES La productivité primaire Productivité primaire nette (PPN) La photosynthèse – coût pour maintenir la plante en vie (respiration) Unités de mesure : En quantité d'énergie (J/ m2/ an) En quantité de matière (g de masse sèche/ m2/ an) PERTE D’ÉNERGIE Fleur de tournesol. Auteur: Bertrand Nicolas. http://www.inra.fr/phototheque/vegetal/page.htm

Productivité primaire nette vs Biomasse mesurable LES ÉCOSYSTÈMES Productivité primaire nette vs Biomasse mesurable Productivité primaire nette  l’ajout de nouvelle biomasse chaque année. Biomasse mesurable  quantité totale de végétaux qui existe dans l’écosystème et qui s’est accumulée au fil des ans. PRODUCTIVITÉ PRIMAIRE NETTE BIOMASSE MESURABLE Forêt Faible productivité car elle consomme une grande portion des produits de sa photosynthèse (par respiration). Grande biomasse végétale accumulée dans ses grands arbres formés de substances difficiles à digérer. Prairie Grande productivité car ses petites plantes respirent de façon modérée. Faible biomasse végétale car les petites plantes annuelles sont rapidement dévorées par les herbivores.

L’azote et le phosphore sont deux nutriments limitant. LES ÉCOSYSTÈMES Les facteurs abiotiques peuvent limiter, voire empêcher, la productivité de l’écosystème Nutriment limitant  nutriment dont les producteurs ont besoin et qui est présent en faible quantité dans l’environnement. L’azote et le phosphore sont deux nutriments limitant.

Effet limitant du phosphore… LES ÉCOSYSTÈMES Effet limitant du phosphore… Bassin fertilisé avec des sources inorganiques de carbone, d’azote (pas de phosphore). Écran de plastique Bassin fertilisé avec des sources inorganiques de carbone, d’azote et de phosphore. Le bassin est verdâtre car il est recouvert d’algues

Productivité de quelques écosystèmes LES ÉCOSYSTÈMES Productivité de quelques écosystèmes

La productivité secondaire LES ÉCOSYSTÈMES La productivité secondaire Productivité secondaire Production de molécules organiques par les consommateurs. Taux auquel les consommateurs convertissent l’énergie chimique de leur nourriture en biomasse (rendement écologique).

Efficacité écologique LES ÉCOSYSTÈMES Efficacité écologique Productivité nette d’un niveau trophique donné et celle du niveau inférieur. Sur le 100% d’énergie disponible d’un niveau trophique, 10%, en moyenne, est effectivement converti en biomasse dans le niveau suivant. Énergie d’un niveau trophique (KJ) X 100 Énergie du niveau trophique précédent (KJ)

Efficacité écologique LES ÉCOSYSTÈMES GROUPE EFFICACITÉ ÉCOLOGIQUE Insectivores 0,9 % Les moins efficaces car ils contrôlent mal leur température et doivent manger beaucoup Oiseaux 1,3 % Dépensent beaucoup d’énergie à voler Grands mammifères 3,1 % L’herbe est plus difficile à digérer Invertébrés herbivores "pas des insectes" Par exemple, une daphnie 21 % Ne dépensent pas d’énergie à maintenir leur Tº Invertébrés carnivores "pas des insectes" Par exemple, un copépode 28 % La viande se digère plus facilement que l’herbe Invertébrés détrivores "pas des insectes" Par exemple, un lombric 36 % Invertébrés détrivores "insectes non sociaux" Par exemple, une larve de Hanneton 47 % ENDOTHERMES ECTOTHERMES

LES ÉCOSYSTÈMES Pyramide écologique  Diagramme qui représente la productivité de chaque niveau trophique d’un écosystème. Premier bloc à la base: producteurs Deuxième bloc: consommateurs de premier ordre Troisième bloc: consommateurs de deuxième ordre …

Trois types de pyramide écologique LES ÉCOSYSTÈMES Trois types de pyramide écologique 1. Pyramide de nombre  Nb. d’individus qui occupent chaque niveau trophique et disponible pour le niveau suivant. 2. Pyramide de biomasse  Masse des organismes présents aux divers niveaux trophiques et disponible pour le niveau suivant. 3. Pyramide d’énergie  Qté. d’énergie disponible de chaque niveau trophique et disponible pour le niveau suivant.

LES ÉCOSYSTÈMES Pyramide de nombre

LES ÉCOSYSTÈMES Pyramide de biomasse

LES ÉCOSYSTÈMES Pyramide d’énergie

LE RECYCLAGE DE LA MATIÈRE DANS L’ÉCOSYSTÈME (CYCLE BIOGÉOCHIMIQUE) LES ÉCOSYSTÈMES LE RECYCLAGE DE LA MATIÈRE DANS L’ÉCOSYSTÈME (CYCLE BIOGÉOCHIMIQUE)

Les principaux paramètres du flux de la matière LES ÉCOSYSTÈMES Les principaux paramètres du flux de la matière Flux de la matière  C’est le mouvement des éléments au travers des divers organismes et des réservoirs du milieu abiotique pendant des temps plus ou moins long.

Les principaux paramètres du flux de la matière LES ÉCOSYSTÈMES Les principaux paramètres du flux de la matière 1. La matière sert à construire les formes vivantes et non vivantes qui nous entourent. 2. L’étape-clé de la circulation de la matière est son recyclage après son passage dans la phase organique, pour ne pas créer de rupture de stock. La matière est recyclable.

Les principaux paramètres du flux de la matière LES ÉCOSYSTÈMES Les principaux paramètres du flux de la matière 3. La terre contient un stock considérable d’éléments chimiques créés au début de la formation du système solaire (C, H, S, N, etc.). 4. La matière existe en quantité « finie » ce qui implique que la matière est non renouvelable ( contrairement à l’énergie).

Les principaux paramètres du flux de la matière LES ÉCOSYSTÈMES Les principaux paramètres du flux de la matière 5. Les éléments de matière se combinent sous des aspects différents selon le réservoir où ils se trouvent.

LES ÉCOSYSTÈMES

Les cycles biogéochimiques LES ÉCOSYSTÈMES Les cycles biogéochimiques Le cycle du carbone Le cycle de l’azote Le cycle du phosphore

Le cycle du carbone LES ÉCOSYSTÈMES

LES ÉCOSYSTÈMES Le cycle du carbone

Le cycle du carbone LES ÉCOSYSTÈMES http://ecosys.cfl.scf.rncan.gc.ca/images/sch_carbone.gif

Le cycle de l’azote LES ÉCOSYSTÈMES

Le cycle de l’azote LES ÉCOSYSTÈMES http://www.essc.psu.edu/~brantley/smallAzoto.jpg http://cache.eb.com/eb/image?id=6538&rendTypeId=4 http://www.bact.wisc.edu/themicrobialworld/Rhizobium.combo.jpg

Le cycle du phosphore LES ÉCOSYSTÈMES

L’IMPACT DES HUMAINS SUR LES ÉCOSYSTÈMES

Déséquilibres engendrés par l’ingérence humaine LES ÉCOSYSTÈMES Déséquilibres engendrés par l’ingérence humaine Destruction des habitats Déforestation L’agriculture Substances toxiques Émission de CO2 Destruction de la couche d’ozone Introduction d’espèces exotiques

1. Destruction des habitats LES ÉCOSYSTÈMES 1. Destruction des habitats  Provoque la disparition de nombreuses espèces. C’est la plus grosse menace pour la biodiversité. 11 046 espèces menacées de disparaître!! http://radio-canada.ca/tv/decouverte/47_biodiversite/ biodiversite/6a.html http://www.cs.iastate.edu/~jia/pictures/misc/panda.jpg

LES ÉCOSYSTÈMES 2. Déforestation  Entraîne la perte des nutriments de l’écosystème dans les eaux de ruissellement, l’eutrophisation des lacs, perte d’habitats, désertification.

LES ÉCOSYSTÈMES 3. L’agriculture  Entraîne l’appauvrissement des sols, l’eutrophisation des lacs due aux engrais.

LES ÉCOSYSTÈMES 3. L’agriculture Eutrophisation  processus naturel causé par l’accumulation graduelle de minéraux dans le lac. Lac jeune Profond Pauvre en nutriments Peu productif ==> eau claire Beaucoup d'oxygène Vieux lac Peu profond (beaucoup de sédiments) Riche en nutriments Beaucoup de production (eau trouble) Beaucoup de décomposition qui consomme l’oxygène (peu O2 )

LES ÉCOSYSTÈMES 4. Substances toxiques Certaines substances toxiques subissent la bioamplification dans les chaînes alimentaires. La concentration de DDT s’est multipliée par 10 millions 1 ppm (une partie par million) 1 ppm = 1 mg / L eau de mer

LES ÉCOSYSTÈMES 5. Émissions de CO2  Accentuent l’effet de serre et contribuent au réchauffement du climat. http://www.airparif.asso.fr/effets/serre.htm http://www.climatechange.gc.ca/french/images/pdf/science/image_01.jpg

6. Destruction de la couche d’ozone LES ÉCOSYSTÈMES 6. Destruction de la couche d’ozone *À haute altitude (entre 10 et 40 km d'altitude), la présence d'ozone est normale et indispensable. La couche d'ozone agit comme un filtre en arrêtant les rayonnements ultraviolets (U.V.) tout en laissant passer la lumière et la chaleur nécessaires à la vie sur terre. *À basse altitude (troposphère), la présence d'ozone en concentration importante est anormale et dangeureuse pour la santé humaine et pour l'environnement.

7. Introduction d’espèces exotiques LES ÉCOSYSTÈMES 7. Introduction d’espèces exotiques  Modifie la structure trophique des écosystèmes locaux en compétitionnant de façon désastreuse avec les espèces indigènes.