Fiche de révision : Écosystèmes et flux trophiques

📋 Plan du Cours

1. Composantes et interactions de l’écosystème
2. Niveaux d’organisation en écologie
3. Interactions entre espèces
4. Chaînes alimentaires et régimes
5. Production primaire et autotrophie
6. Production secondaire et recyclage
7. Productivité et renouvellement de la biomasse
8. Rendements énergétiques trophiques
9. Budget énergétique des maillons
10. Facteurs de production primaire
11. Recyclage de la matière et dissipation

📖 1. Composantes et interactions de l’écosystème

🔑 Notions clés & Définitions

• Biotope : L’ensemble des conditions physico-chimiques liées au sol et au climat d’un écosystème.
• Biocénose : L’ensemble des êtres vivants qui peuplent un biotope.

★ À maîtriser

• L’être vivant est l’unité fonctionnelle d’un écosystème, caractérisé par les interactions entre le biotope et la biocénose ainsi qu’entre les êtres vivants de la biocénose.

Compléments

• Les quatre principales composantes du climat sont :

  • l’eau
  • le vent
  • la lumière
  • la température

• Une communauté végétale est une phytocénose, tandis qu’une communauté animale est une zoocénose.

💡 Astuce mémo

Biotope : cadre abiotique ; biocénose : êtres vivants.

📖 2. Niveaux d’organisation en écologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Population : L’ensemble des individus d’une même espèce occupant un territoire à un moment donné.
• Peuplement : Un ensemble d’individus appartenant à plusieurs espèces, formant plusieurs populations d’écologie semblable et occupant un territoire à un moment donné.
• Biome : Un ensemble de peuplements végétaux et animaux à l’échelle d’un continent, dont la répartition dépend de la latitude et du climat.
• Biosphère : L’ensemble des êtres vivants qui peuplent la Terre, aussi appelé couche de vie.

📖 3. Interactions entre espèces

🔑 Notions clés & Définitions

• Compétition : Une lutte entre organismes pour des ressources telles qu’un abri, la lumière, l’eau ou un lieu de reproduction.
• Prédation : L’utilisation d’une espèce par une autre pour s’en nourrir et existe chez les animaux comme chez les végétaux.
• Parasitisme : L’utilisation d’un hôte par une espèce pour se nourrir et se reproduire, avec ou sans entraîner sa mort.
• Mutualisme : Une association à bénéfice réciproque dont les deux partenaires peuvent se passer.
• Commensalisme : Une association qui profite à une espèce sans nuire à l’autre, laquelle reste indifférente à sa présence.
• Symbiose : Une association durable, sinon constante, à bénéfice réciproque entre deux espèces déterminées aux besoins complémentaires.

📖 4. Chaînes alimentaires et régimes

★ À maîtriser

• Les végétaux chlorophylliens sont des autotrophes qui convertissent la matière minérale en matière organique grâce à l’énergie lumineuse.

• Les autotrophes, ou producteurs primaires, sont les premiers maillons des chaînes trophiques et fournissent la matière et l’énergie de base aux hétérotrophes, ou consommateurs.

• Les régimes alimentaires des animaux hétérotrophes se répartissent en quatre catégories :

  • phytophage
  • zoophage
  • nécrophage
  • omnivore

Compléments

• Le régime alimentaire peut varier selon : l’âge, les saisons, le sexe, l’état physiologique, notamment la maladie ou la gestation

• L’ensemble des chaînes alimentaires d’un écosystème forme son réseau trophique.

📖 5. Production primaire et autotrophie

🔑 Notions clés & Définitions

• Production primaire : La vitesse à laquelle les producteurs primaires convertissent, grâce à l’énergie lumineuse captée, la matière minérale en matière organique et accroissent leur biomasse.
• Biomasse : La masse des matières organiques et minérales constituant les êtres vivants, exprimée en matière fraîche ou sèche par unité de surface.

★ À maîtriser

📌 La production primaire brute (PPB) correspond à toute la matière organique produite par les autotrophes grâce à la photosynthèse, tandis que la production primaire nette (PPN) correspond à la matière restante après les pertes respiratoires.

• Les facteurs abiotiques influençant la production primaire sont :
  • l’eau
  • la température
  • la lumière
  • le vent
  • les substances minérales
  • le sol
  • le relief

Compléments

• La respiration des végétaux chlorophylliens consomme une partie de la matière organique produite et entraîne un dégagement de chaleur ainsi qu’une production de CO₂ et d’H₂O.

📐 Formule - La production primaire nette vérifie $\mathrm{PPN} = \mathrm{PPB} - \text{pertes respiratoires}$.

• La PPN représente la matière organique et l’énergie chimique disponibles pour les consommateurs des niveaux trophiques suivants.

💡 Astuce mémo

PPB = toute la production ; PPN = ce qui reste après respiration.

📖 6. Production secondaire et recyclage

🔑 Notions clés & Définitions

• Production secondaire : La vitesse à laquelle les hétérotrophes convertissent la matière de leur nourriture en biomasse ou en énergie potentielle stockée.
• Détritivores : Des hétérotrophes qui consomment de la matière morte ou des excréments, les décomposent et les minéralisent partiellement pour former de l’humus ou de la vase.
• Décomposeurs : Des bactéries, des champignons et des protozoaires qui transforment la matière morte remaniée en matière minérale et rendent les minéraux disponibles aux végétaux.

★ À maîtriser

📌 La production secondaire brute (PSB) est la totalité de la matière organique assimilée par les hétérotrophes, tandis que la production secondaire nette (PSN) correspond à la matière restante après les pertes respiratoires.

Compléments

📐 Formule - La production secondaire nette vérifie $\mathrm{PSN} = \mathrm{PSB} - \text{pertes respiratoires}$.

• Les consommateurs primaires sont des herbivores qui se nourrissent de végétaux, d’algues ou de phytoplancton.

• Les consommateurs secondaires sont des carnivores qui se nourrissent d’herbivores, tandis que les consommateurs tertiaires et quaternaires se nourrissent d’herbivores et de carnivores.

• Les détritivores comprennent : les nécrophages ou charognards, qui consomment des cadavres d’animaux, les saprophages, qui consomment des parties végétales mortes, les coprophages, qui consomment des excréments, les géophages, qui digèrent les particules organiques et participent à l’humification des restes de cadavres enterrés

• Les détritivores et les décomposeurs se situent en marge des chaînes alimentaires par leur rôle de recyclage, mais forment aussi leurs propres chaînes en produisant leur biomasse.

📖 7. Productivité et renouvellement de la biomasse

🔑 Notions clés & Définitions

• Productivité : Rapport entre la production moyenne et la biomasse présente dans le milieu, exprimé en inverse d’un temps.
• Vitesse de renouvellement : La vitesse de renouvellement de la biomasse, ou turn over, est le rapport entre la biomasse et la production.

★ À maîtriser

📐 Formule - La productivité se calcule par $\frac{P}{B}=\frac{\text{production}}{\text{biomasse}}$, soit une unité de temps inverse.

Compléments

📐 Formule - La vitesse de renouvellement se calcule par $\frac{B}{P}=\frac{\text{biomasse}}{\text{production}}$.

• La productivité et la vitesse de renouvellement peuvent être calculées à l’échelle primaire ou secondaire et complètent une argumentation fondée sur la production primaire ou secondaire.

💡 Astuce mémo

P/B mesure la productivité ; B/P mesure le temps de renouvellement.

📖 8. Rendements énergétiques trophiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Rendement énergétique : Rapport entre le flux d’énergie sortant et le flux entrant, soit l’énergie fixée divisée par l’énergie reçue.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le rendement d’assimilation est $RA=\frac{A}{I}=\frac{\text{énergie assimilée}}{\text{énergie ingérée}}$.

📐 Formule - Le rendement de production nette est $RP=\frac{P}{A}=\frac{\text{production nette}}{\text{énergie assimilée}}$.

📐 Formule - Le rendement écologique global est $RE=\frac{P}{P_{n-1}}=\frac{\text{production nette}}{\text{production nette du niveau inférieur}}$.

Compléments

• Chez les producteurs primaires, l’énergie reçue est l’énergie solaire.

• Le rendement d’assimilation mesure l’efficacité du tube digestif et permet de distinguer les organismes gaspilleurs des organismes économes.

• Le rendement de production nette indique la part de l’énergie assimilée allouée à la production nette et contribue à distinguer les organismes poïkilothermes des organismes homéothermes, comme les oiseaux et les mammifères.

• Le rendement écologique global mesure le rendement d’une relation trophique et met en évidence les pertes d’énergie entre deux niveaux.

• Le rendement écologique global varie selon : le régime alimentaire, le type de métabolisme, l’âge, la capacité de transformation liée aux performances du système digestif

📖 9. Budget énergétique des maillons

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle budget : Schéma théorique qui décrit le flux d’énergie traversant un maillon de la chaîne alimentaire, le devenir de cette énergie et la quantité disponible pour le maillon suivant.
• Production nette : Énergie potentielle fixée dans la matière organique et disponible pour le niveau trophique suivant.

📝 Points essentiels

• L’énergie ingérée par les producteurs primaires correspond à l’énergie solaire.

• L’énergie ingérée (EI) correspond à l’énergie potentielle et à la matière ingérées.

• L’énergie assimilée (EA) correspond à l’énergie et à la matière absorbées.

• L’énergie et la matière non assimilées (NA) sont récupérées par les détritivores et les décomposeurs ; la matière est recyclée et l’énergie finit dissipée sous forme de chaleur.

• La production d’ATP et le travail cellulaire entraînent des pertes d’énergie sous forme de chaleur.

💡 Astuce mémo

Ingéré → assimilé → production nette ; le non-assimilé rejoint les détritivores.

📖 10. Facteurs de production primaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Agrosystème : Écosystème géré où l’être humain cultive des végétaux à production primaire naturellement élevée et apporte une quantité importante d’énergie.
• Boucle d’assistance technique : La boucle d’assistance technique désigne les apports humains d’énergie qui compensent la perte de capacité d’auto-entretien d’un agrosystème.

★ À maîtriser

• Les producteurs primaires terrestres dépendent principalement : de la lumière, de l’eau, de la température, des substances minérales, notamment du carbone atmosphérique et des minéraux du sol

• Les producteurs primaires aquatiques dépendent : de la profondeur et de la lumière, de la température, des substances minérales dissoutes dans l’eau, notamment le CO₂ et les minéraux du sol

📌 Les facteurs nécessaires à la production primaire doivent être présents en quantité suffisante mais non excessive ; leur manque ou leur excès en fait des facteurs limitants.

Compléments

📌 Les végétaux fortement consommés, comme le plancton et les prairies, ont une croissance et une régénération rapides et produisent continuellement des tissus jeunes efficaces en photosynthèse ; au-delà d’un seuil de pression de consommation, ils déclinent par surpâturage.

• Les végétaux faiblement consommés ont une croissance lente et peuvent vieillir avec une production de plus en plus faible, comme dans les forêts.

💡 Astuce mémo

Facteur en excès ou en manque → facteur limitant.

📖 11. Recyclage de la matière et dissipation

★ À maîtriser

• Les éléments constitutifs de la matière, notamment C, H, O, N, P et S, sont recyclés grâce aux détritivores et aux décomposeurs, puis réintroduits dans les chaînes alimentaires par les autotrophes.

• 🔄 Le recyclage de la matière suit cette chaîne :

  1. Les détritivores remanient la matière organique morte.
  2. Les décomposeurs la transforment en matière minérale.
  3. Les autotrophes utilisent la matière minérale pour la production primaire.

• L’énergie solaire est la source initiale d’énergie des chaînes alimentaires ; l’énergie disponible diminue à mesure que l’on monte les niveaux trophiques et l’énergie non convertie pour le niveau suivant est dissipée directement ou indirectement sous forme de chaleur.

• En 1942, Raymond Lindeman propose la loi selon laquelle seulement 10 à 20 % de l’énergie est transférée d’un niveau trophique au suivant.

Compléments

• La respiration rejette du CO₂ et de l’eau à tous les niveaux trophiques ; ces substances sont ensuite utilisées dans la photosynthèse.

• Les écosystèmes sont des systèmes ouverts sur le plan énergétique, car l’énergie y entre depuis le Soleil et est dissipée sous forme de chaleur au cours des transferts trophiques.

💡 Astuce mémo

La matière est recyclée ; l’énergie est dissipée.