INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME

INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME LES ÉCOSYSTÈMES Écosystème  Système écologique (étudié par les écologistes) composé des organismes potentiellement interactifs d’une communauté et des facteurs abiotiques avec lesquels ils interagissent. Écosystème forestier http://www.sbf.ulaval.ca/bellefleur/Simulation.htm

L’objectif de l’écologie des écosystèmes INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES L’objectif de l’écologie des écosystèmes Comprendre les facteurs qui contrôlent la circulation de l’énergie et de la matière au travers de l’ensemble très dynamique que forme l’écosystème.

L’écosystème se compose d’un biotope et d’une biocénose INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES L’écosystème se compose d’un biotope et d’une biocénose BIOTOPE (Milieu physique) Composante abiotique formées de trois réservoirs Air : atmosphère (basse atmosphère) Eau : hydrosphère (océans, lacs, cours d’eau …) Terre : lithosphère (pellicule de terre) BIOCÉNOSE (Les vivants) Composante biotique formée d’un réservoir  Êtres vivants : aux interfaces (terre, aire et eau)

L’étape organique de l’écosystème INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES L’étape organique de l’écosystème Moment où la matière est dans le réservoir des êtres vivants. * Elle se résume à trois groupes d’organismes: - producteurs, consommateurs, décomposeurs Les producteurs font entrer la matière et l’énergie dans le réservoir biotique. Cette matière le quitte grâce aux détritivores. L’énergie quitte le réservoir biotique et se perd dans l’espace.

L’étape organique de l’écosystème INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES L’étape organique de l’écosystème L’étape biotique est donc le moteur qui actionne la circulation de la matière et de l’énergie dans les 4 réservoirs de l’écosystème.

ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES Les producteurs Des organismes qui se nourrissent eux-mêmes à partir de la matière minérale. Matière minérale Matière organique Forment des liaisons chimiques entre les molécules minérales « simples » et les transforment en matière organique « complexe ».

ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES 2 types de producteurs Les photosynthétiseurs Les chimiosynthétiseurs

1. Les photosynthétiseurs INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES 1. Les photosynthétiseurs Utilisent la lumière comme source première d’énergie. - Végétaux, Protistes, certains Monères (cyanobactéries et les bactéries photosynthétiques)

2. Les chimiosynthétiseurs INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES 2. Les chimiosynthétiseurs Oxydent certaines substances minérales pour obtenir l’énergie nécessaire à la fabrication de leurs molécules organiques. - Monères Souvent des organismes qui n’ont pas accès aux rayons lumineux. On les retrouve dans le sol et dans les profondeurs océaniques.

ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES Les consommateurs Des organismes qui se nourrissent de matière organique donc dépendent des producteurs qui la produisent. Matière organique Matière minérale… Bris des liaisons chimiques entre les molécules organiques « complexes » les transformant ainsi en matière minérale « simple ».

2 types de consommateurs INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES 2 types de consommateurs Ceux qui se nourrissent par respiration cellulaire. Ceux qui se nourrissent par fermentation uniquement.                                                             

1. Respiration cellulaire INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES 1. Respiration cellulaire Tous les organismes, mis à part certaines bactéries et certains mycètes qui ne font que de la fermentation, font de la respiration. Équation de la respiration cellulaire (eucaryotes) C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 36ATP Glucose oxygène dioxyde eau Énergie de carbone (g) * En résumé: La respiration cellulaire consomme le glucose et l’oxygène issus des photosynthétiseurs, restitue les éléments minéraux à l’écosystème et fournit de l’énergie aux consommateurs.

ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES 2. Fermentation Tous les organismes font un peu de fermentation. Plusieurs mycètes et certaines bactéries font uniquement de la fermentation. Pour certains, l’oxygène est toxique! En résumé: Bris des liens chimiques du glucose pour former des molécules un peu moins complexes. La fermentation produit moins d’ATP que la respiration.

ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES 2. Fermentation Fermentation alcoolique - chez les plantes et les levures Fermentation lactique - dans les muscles des animaux

ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES Les décomposeurs Tous les consommateurs sont des décomposeurs car ils libèrent des composés minéraux dans l’environnement. Matière organique Produits minéraux Véritables décomposeurs sont les détritivores à digestion externe: les bactéries et les mycètes.

ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES Les décomposeurs Détritivores  consomment de la matière organique « morte » : des excréments, des feuilles mortes, des déchets d’animaux et des carcasses. Détritivores « à digestion interne ». Détritivores « à digestion externe ». http://www.csdm.qc.ca/stejarc/dictionnaire/imagesdicolm/lombric.jpg

ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES INTRODUCTION À L’ÉCOSYSTÈME ÉCOLOGIE DES ÉCOSYSTÈMES Les décomposeurs Ceux-ci relâchent une partie des nutriments dans l’écosystème sous formes assimilables par les végétaux; la matière redevient ainsi disponible aux producteurs.

Résumé des relations entre les organismes du réservoir biotique

FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PYRAMIDES

Pyramides écologiques FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PYRAMIDES Pyramides écologiques  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 …

Pyramides écologiques FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PYRAMIDES Pyramides écologiques 1. Pyramide de nombre  Nombre 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 de la productivité (d’énergie)  Quantité d’énergie disponible de chaque niveau trophique et disponible pour le niveau suivant.

Pyramides écologiques FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PYRAMIDES Pyramides écologiques Pyramide de nombre

Pyramides écologiques FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PYRAMIDES Pyramides écologiques Pyramide de biomasse

Pyramide de la productivité (d’énergie) FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PYRAMIDES Pyramides écologiques Pyramide de la productivité (d’énergie)

Rendement ou efficacité écologique FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PYRAMIDES Rendement ou 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 FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PYRAMIDES Rendement ou efficacité écologique 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

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

Causes fondamentales des pertes d’énergie FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PERTES D’ÉNERGIE 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. http://www.wainscoat.com/kenya/cheetah-gazelle2.jpg

Causes fondamentales des pertes d’énergie FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PERTES D’ÉNERGIE Causes fondamentales des pertes d’énergie 2. Ce qui est assimilé Seule une partie des aliments ingérés est digérée puis assimilée.

Causes fondamentales des pertes d’énergie FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PERTES D’ÉNERGIE Causes fondamentales des pertes d’énergie 3. L’énergie pour maintenir la vie Une part de l’énergie des molécules d’ATP sert à maintenir le métabolisme basal de l’animal et à procurer de l’énergie pour ses activités.

FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PERTES D’ÉNERGIE

EFFICACITÉ ÉCOLOGIQUE FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES PERTES D’ÉNERGIE Rendement ou efficacité écologique 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 « autres que les insectes" Par exemple, une daphnie 21 % Ne dépensent pas d’énergie à maintenir leur Tº Invertébrés carnivores « autres que les insectes" Par exemple, un copépode 28 % La viande se digère plus facilement que l’herbe Invertébrés détritivores « autres que les insectes" Par exemple, un lombric 36 % Invertébrés détritivores "insectes non sociaux" Par exemple, une larve de Hanneton 47 % ENDOTHERMES (Homéotherme) ECTOTHERMES (Poïkilotherme) Le rendement écologique et les pertes d’énergie sont intimement liés.

Chaîne alimentaire ou réseau trophique Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants dans laquelle chacun mange celui qui le précède. Le premier maillon d'une chaîne est très souvent un végétal chlorophyllien. Un ensemble de chaînes alimentaires ayant un ou plusieurs maillons en commun forme un réseau alimentaire.

Le régime alimentaire d’une espèce est toujours varié et par conséquent une chaîne alimentaire n’est jamais liliaires

FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION Certaines substances toxiques subissent la bioconcentration dans les chaînes alimentaires. La concentration de DDT (dichlorodiphényltrichloroéthane) s’est multipliée par 10 millions. 1 ppm (une partie par million) 1 ppm = 1 mg / L eau de mer

CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION Les PCB sont les PolyChloroBiphényles

Pour combattre des insectes piqueurs FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION Pour combattre des insectes piqueurs Traitement des zones de multiplication des insectes piqueurs autour d’un lac.

CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION Tableau 1 Chaînes de concentration de pesticides organochlorés dans un lac traité Milieu ou organisme Teneur (ppm)* Facteur de concentration* consommateur tertiaire grèbes huppés 2500 env. 180 000 consommateur secondaire  poissons carnivores 350-2000 env. 55 000 consommateur primaire  poissons herbivores 40-1000 env. 14 000 producteur plancton 5 360 eau (lac californien traité au DDT) 0,014 1 Impact 3000 couples de grèbes  30 couples stériles

Utilisation en agriculture FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION Utilisation en agriculture Pour combattre les insectes nuisibles en agriculture. Estuaire : réception des eaux de ruissellement.

CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION Tableau 2 Chaînes de concentration de pesticides organochlorés dans un estuaire  Milieu ou organisme Teneur (ppm) Facteur de concentration consommateur secondaire  goéland 5,3-18,5 220 000 en moyenne consommateur primaire  anguille 0,28 5600 producteur plancton 0,04 800 eau (estuaire côtier de l’Est des USA) 0,00005 1 Impact Pas de mortalité directe des goélands car la concentration est plus faible Baisse de fécondité  diminution de la taille des populations

Faucon pélerin Falco peregrinus anatum Espèce menacée FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION Faucon pélerin Falco peregrinus anatum Espèce menacée De la taille d’une corneille Piqué pouvant atteindre 200 km/h. Niche sur tous les continents, sauf en Antarctique. Migration : Canada, État-unis  Mexique, Amérique centrale

FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION Faucon pélerin Il y a 25 ans, a frôlé l'extinction dans tout l'Est de l'Amérique du Nord. Responsables : les pesticides organochlorés, dont le fameux DDT. Effet du DDT : amincissement de la coquille des œufs, comportements aberrants.  

Mesures de conservation FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION Faucon pélerin Mesures de conservation Disparition graduelle des organochlorés (Canada et États-Unis). Élevage de jeunes et réintroduction en milieux naturels. Lâcher de 6000 faucons depuis 1974 (É-U).

CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION

Mesures de conservation FLUX D’ÉNERGIE DANS LES ÉCOSYSTÈMES CHAÎNES ALIMENTAIRES ET BIOCONCENTRATION Faucon pélerin Mesures de conservation Protection des habitats : falaises pour la nidification, milieux humides pour l’alimentation