La durabilité des écosystèmes

Qu’est-ce qu’un écosystème? Les écosystèmes Qu’est-ce qu’un écosystème? Ensemble des organismes (végétaux, animaux, etc..) qui, à un endroit, interagissent entre eux et avec leur environnement énergétique et matériel.

Les écosystèmes Ces interactions entre organismes, forment des chaînes alimentaires Chaîne alimentaire: ensemble des êtres vivants qui se nourrissent les uns des autres afin d’avoir de l’énergie pour survivre.

La chaîne alimentaire décomposeurs

La chaîne alimentaire de la forêt boréale Les écosystèmes La chaîne alimentaire de la forêt boréale Sapin baumier Lièvre d’Amérique Lynx du Canada Loup Vers de terre, bactéries, mycètes

Chaîne alimentaire marine Les écosystèmes Chaîne alimentaire marine 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

Réseau alimentaire Ensemble de chaînes alimentaires inter-reliées: transfert d’énergie et de matière en zigzag.

Réseau alimentaire

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

CAPTURE, EMMAGASINAGE ET CIRCULATION DE L’ÉNERGIE DANS L’ÉCOSYSTÈME (FLUX D’ÉNERGIE)

Le carburant d’un écosystème! Capter l'énergie du soleil Pourquoi? Le carburant d’un écosystème! Les organismes utilisent cette énergie provenant du soleil pour assurer leurs fonctions vitales.

Capter l'énergie du soleil Moins de 5 % de la lumière visible est captée par les chloroplastes des plantes. 100 milliards de tonnes de matière organique par année.

Capter l'énergie du soleil Comment? La photosynthèse 6CO2 + 6H2O + lumière → C6H12O6 + 6O2

Capter l'énergie du soleil Le glucose (C6H12O6) Le glucose est une molécule que les plantes produisent et qui contient beaucoup d’énergie (énergie emmagasinée).

Capter l'énergie du soleil Il y a perte une perte moyenne de 90% d’énergie à chaque niveau trophique. Donc, seulement 10% de l’énergie contenue dans un niveau est transmit aux individus du niveau supérieur.

Les structures d'un écosystème L’habitat: C’est l’endroit où vit un organisme Exemple: Dans une forêt on retrouve un grand nombre d’habitats. Pour un vers de terre son habitat est le sous-sol de la forêt tandis que l’escargot vit dans la mince couche de feuilles humides qui recouvre le sol de la forêt.

Les structures d'un écosystème La niche écologique: C’est le rôle global et l’ensemble des interactions entre un organisme et son milieu Exemple: le rôle de la grenouille est de se nourrir d’insectes, de fournir du sang aux insectes piqueurs, de servir de repas au raton laveur, de fertiliser l’eau de son étang par ses excréments et d’être décomposé par les micro-organismes à sa mort.

Niveau trophique C'est le rang qu'occupe un être vivant dans une chaîne alimentaire. Chaque maillon de la chaîne correspond à un niveau trophique. On retrouve les niveaux suivants : les producteurs les consommateurs les décomposeurs.

Les producteurs Les producteurs (autotrophes): Ce sont les organismes qui sont capables de synthétiser par la photosynthèse du (C6H12O6) à partir (CO2 et H2O). Exemples: Algue, herbe, arbre, etc.

Les consommateurs du 1er ordre Les consommateurs du 1er ordre: Ce sont les herbivores qui mangent des végétaux. Ex. : Sauterelle, lapin, cerf, escargot, etc.

Les consommateurs du 2ième ordre Les consommateurs du 2e ordre: Ce sont les carnivores qui mangent les herbivores. Ex. : Chat, coccinelle, renard, hibou, etc.

Les consommateurs du 3ième ordre Les consommateurs du 3e ordre: Ce sont des carnivores qui mangent les consommateurs du 2e ordre. Ex. : Lion, ours, loup, etc.

Les décomposeurs Ils décomposent la matière organique des cadavres et redonnent aux plantes les sels minéraux essentiels à la photosynthèse. Ex. : Bactéries, vers de terre et champignons

Les différents niveaux trophiques.

Les différents niveaux trophiques dans Les chaînes alimentaires.

Les pyramides écologiques

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.

La pyramide des nombres Elle montre le nombre d’organismes en fonction de l’énergie dont ils disposent pour survivre. Il y a moins d’énergie à chaque étape d’une chaîne alimentaire.

La pyramide de la biomasse Ne montre pas le nombre d'organismes à chaque niveau, mais la quantité de matériel biologique. 1kg 10kg 100kg 1000kg

La pyramide de la biomasse Cette matière (la biomasse) est entièrement recyclable. "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme".

La pyramide de l'énergie

La pyramide de l'énergie L'énergie n'est pas recyclable comme la biomasse, elle se perd. La source d'énergie primaire est le soleil. Cette énergie se transforme et passe d'un niveau trophique à l'autre en subissant beaucoup de perte.

Les populations Une population: Tous les individus d’une espèce qui occupent une certaine région géographique pendant un certain temps. www.worldometers.info/fr/

Les populations La capacité biotique: La population maximale d’une espèce qu’un environnement peut soutenir.

Les populations Principaux facteurs déterminant la capacité biotique: Les facteurs abiotiques représentent l'ensemble des facteurs physico-chimiques d'un écosystème. C'est l'action du non-vivant sur le vivant. Les matières et énergies (quantité d’énergie, d’eau et autres matières essentielles disponible limitent la capacité biotique).

Les populations Principaux facteurs déterminant la capacité biotique: Les facteurs biotiques représentent l'ensemble des interactions du vivant sur le vivant dans un écosystème. Les chaînes alimentaires (la quantité de nourriture disponible des niveaux trophiques inférieures limite la capacité biotique).

Les populations Principaux facteurs déterminant la capacité biotique: Les facteurs biotiques représentent l'ensemble des interactions du vivant sur le vivant dans un écosystème. La compétition (compétition pour les ressources) Intra spécifique: entre individus de la même espèce Extra spécifique: entre individus d’espèce différente

Les populations Principaux facteurs déterminant la capacité biotique: Les facteurs biotiques représentent l'ensemble des interactions du vivant sur le vivant dans un écosystème. La densité (certain individus ont besoin de plus espace que d’autre déterminant combien d’individus de cette espèce il y aura dans la population).

La capacité de nourrir les humains est basé sur la productivité. La productivité est la quantité moyenne de biomasse de nouvelles plantes produites chaque année par unité de surface.

Facteurs qui influent sur la productivité: Nourrir les humains Facteurs qui influent sur la productivité: La productivité végétale et le climat: Si le climat est chaud et humide, la productivité sera très élevée. Si le climat est froid et sec la productivité sera plus faible.

Facteurs qui influent sur la productivité: Nourrir les humains Facteurs qui influent sur la productivité: La nourriture et la taille de la population Certain peuples mangent beaucoup et d’autres très peu. Tout dépend de la quantité d’énergie et de matière (nourriture) disponible pour nourrir chacun des individus. Exemple: au Canada il y a beaucoup de terrains où l’on peu faire pousser des céréales et où les animaux peuvent se nourrir et croître. Donc il y a une très grande productivité et pas beaucoup de gens (nourriture en abondance). En Afrique c’est tout le contraire.

Facteurs qui influent sur la productivité: Nourrir les humains Facteurs qui influent sur la productivité: La nourriture et la compétition Dans tout les pays, les récoltes de céréales sont constamment protégées contre la compétition. Nous ne sommes pas la seule espèce qui doit manger pour survivre. Les insectes, oiseaux, animaux et autres organismes en profitent eux aussi, causant ainsi une compétition extra spécifique.

Facteurs qui influent sur la productivité: Nourrir les humains Facteurs qui influent sur la productivité: Les substances toxiques dans les chaînes alimentaires Plusieurs années passées, les pesticides étaient beaucoup utilisés. Ces pesticides protégeaient les récoltes contre la compétition (insectes et autres). Maintenant ces pesticides font aujourd’hui parti de la chaîne alimentaire et nous en payons le prix (empoisonnement au mercure, DDT, cyanure, etc... )

Productivité des différents écosystèmes

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. 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 PPN est la quantité minimal d’énergie nécessaire produite par photosynthèse pour maintenir la plante en vie 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.

Biomasse et productivité de quelques écosystèmes (Source : Briggs et al., Fundam. of the Physical Environment, Routledge, 1997, p391, d'après Primary Production of the Biosphere, Lieth and Whittaker (eds.). Springer-Verlag, New York, 1975) Type d'écosystème Superficie couverte (Mkm2) Biomasse moyenne (kg matière sèche /m2) PPN moyenne (kg/m2/an) forêt tropicale sempervirente 17 45 2,2 forêt tempérée caducifoliée 7 30 1,2 forêt boréale 12 20 0,8 savane 15 4 0,9 prairie tempérée 9 1,6 0,6 toundra et pelouse alpine 8 0,14 semi-désert 18 0,7 (steppe) 0,10 océan (haute mer) 332 0,003 0,13 récifs coralliens 1 2 2,5 estuaires 1,5  

Productivité de quelques écosystèmes LES ÉCOSYSTÈMES Productivité de quelques écosystèmes

Productivité primaire nette (PPN) Productivité primaire nette (PPN). (en g de matière sèche / m2 / an ; estimations) Source: FAO/SDRN, based on IIASA Climate Database and the “Miami model” (1972)

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).

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 d’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 dangereuse 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.