Fiche de révision : Flux d’énergie et biodiversité

📋 Plan du Cours

1. Organisation et fonctionnement des écosystèmes
2. Transferts d’énergie et de matière
3. Productivité primaire terrestre
4. Productivité primaire aquatique
5. Production secondaire et rendement écologique
6. Décomposition et recyclage
7. Cycles du carbone et perturbations
8. Cycle de l’azote et eutrophisation

📖 1. Organisation et fonctionnement des écosystèmes

🔑 Notions clés & Définitions

• Écosystème : Ensemble des êtres vivants, appelé biocénose, associé à un milieu de vie donné, appelé biotope.
• Fonctionnement d’un écosystème : Jax, Function and “functioning” in ecology: what does it mean?, 2005 - Regroupe les processus biologiques et physiques qui maintiennent le système écologique, notamment les cycles biogéochimiques, la production primaire, la purification de l’eau et la pollinisation.

★ À maîtriser

• Un agrosystème se distingue par : une énergie auxiliaire contrôlée par l’être humain, une très faible diversité, des plantes dominantes sélectionnées artificiellement

Compléments

• L’agriculture occupe 30 % des terres.

💡 Astuce mémo

Biocénose = vivant, biotope = milieu

📖 2. Transferts d’énergie et de matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Photosynthèse : Fixe la lumière et convertit l’énergie solaire en énergie chimique, ce qui permet l’entrée d’énergie et la production de matière organique dans l’écosystème.
• Productivité primaire : Production de matière organique ou de biomasse par unité de surface ou de volume et par unité de temps, généralement exprimée en g/m²/an.

★ À maîtriser

• Après la photosynthèse, l’énergie circule d’un niveau trophique au suivant, tandis qu’une partie est perdue sous forme de chaleur.

Compléments

• Les organismes photosynthétiques produisent chaque année environ 100 milliards de tonnes de matière organique sur Terre.

💡 Astuce mémo

Photosynthèse → matière organique → niveaux trophiques

📖 3. Productivité primaire terrestre

★ À maîtriser

• La production primaire nette est d’environ 48,3 Pg C/an dans les océans et 56,4 Pg C/an sur les continents.

📌 La fertilité du sol influence la productivité primaire, car une déficience en nutriments minéraux, notamment en phosphore et en azote, la restreint et l’application d’engrais l’augmente.

📌 Les herbivores peuvent augmenter la croissance de nombreuses espèces par croissance compensatoire, mais une herbivorie trop intense réduit la productivité primaire. - McNaughton, 1976

• Les principaux facteurs terrestres sont :
  • la radiation et la température
  • l’eau
  • les nutriments
  • la diversité
  • l’herbivorie

Compléments

📌 La richesse en espèces est fortement corrélée à la productivité primaire. - Tilman et al., 2001

📖 4. Productivité primaire aquatique

★ À maîtriser

📌 En milieu aquatique, la lumière et les nutriments sont les deux grands facteurs limitants de la productivité primaire.

• Environ 75 % de la production primaire océanique provient du phytoplancton, généralement situé dans les zones peu profondes où la lumière est accessible.

Compléments

📌 La production primaire océanique est plus élevée près des côtes, car les eaux côtières sont plus riches en nutriments.

• L’azote est essentiel à l’appareil photosynthétique du phytoplancton et le phosphore est essentiel à sa croissance.

💡 Astuce mémo

Lumière et nutriments limitent la production aquatique

📖 5. Production secondaire et rendement écologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Production secondaire : Production de biomasse par des organismes hétérotrophes qui consomment d’autres organismes.

• Efficience de transfert : L’efficience de transfert entre deux niveaux trophiques, aussi appelée rendement écologique, est le produit de l’efficience de consommation, de l’efficience d’assimilation et de l’efficience de production.

★ À maîtriser

• Les consommateurs primaires sont des herbivores et les consommateurs secondaires sont des carnivores.

📐 Formule - L’efficience de transfert entre niveaux trophiques vérifie $ET = EC \times EA \times EP$.

Compléments

• Dans une prairie normande, la production primaire nette représente 7 323 kcal/m²/an, soit 0,7 % du rayonnement solaire de 996 000 kcal/m²/an, et le rendement écologique des consommateurs primaires est de 10,7 %.

💡 Astuce mémo

Consommer → assimiler → produire

📖 6. Décomposition et recyclage

🔑 Notions clés & Définitions

• Décomposition : Désintégration physique et biologique de matière organique morte, qui minéralise les nutriments et transforme les molécules complexes en dioxyde de carbone, eau et éléments inorganiques.
• Détritivores : Invertébrés de groupes taxonomiques variés qui se nourrissent de matière organique morte et de détritus.

★ À maîtriser

• La décomposition commence par la colonisation de la matière morte par des microorganismes, puis des microbes spécialisés décomposent les molécules complexes.

Compléments

• Les microorganismes décomposeurs comprennent :
  • les bactéries
  • les archées
  • les champignons

💡 Astuce mémo

Microbes → détritivores → minéralisation

📖 7. Cycles du carbone et perturbations

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle biogéochimique : Transport et transformation cyclique d’un élément entre les grands réservoirs.

📝 Points essentiels

• Les principaux réservoirs du carbone sont :

  • les sols
  • les océans et les sédiments aquatiques
  • la biosphère
  • la lithosphère

• Les processus clés du cycle du carbone sont :

  • la photosynthèse qui fixe le CO₂
  • la respiration cellulaire
  • l’activité volcanique
  • la combustion des énergies fossiles

📌 L’augmentation du CO₂ dissous forme de l’acide carbonique et diminue le pH de la surface océanique de 0,1, ce qui affecte les organismes calcifiants et d’autres organismes.

💡 Astuce mémo

CO₂ accru → acidification océanique → atteinte des calcifiants

📖 8. Cycle de l’azote et eutrophisation

🔑 Notions clés & Définitions

• Eutrophisation : Déséquilibre provoqué par un excès de nutriments, notamment l’azote ou le phosphore agricoles et les eaux usées, qui entraîne une croissance excessive d’algues et de cyanobactéries puis une asphyxie des écosystèmes aquatiques.

★ À maîtriser

• L’atmosphère contient 78 % de diazote, qui constitue le principal réservoir du cycle de l’azote.

• 🔄 Le cycle de l’azote suit notamment cette succession :

  1. fixation bactérienne du N₂
  2. ammonification en ammoniaque
  3. nitrification en nitrate
  4. dénitrification en N₂ atmosphérique

• L’eutrophisation réduit l’oxygène par : la décomposition bactérienne consommatrice d’oxygène, la diminution de la lumière dans les couches inférieures, la limitation des échanges gazeux avec l’atmosphère

• En 2019, la concentration atmosphérique de protoxyde d’azote était de 332 ppb et son potentiel de réchauffement était 265 à 298 fois supérieur à celui du CO₂. - IPCC, 2021

Compléments

• Les zones côtières mortes liées à l’eutrophisation couvrent 245 000 km².

💡 Astuce mémo

Excès de nutriments → algues → consommation d’O₂ → asphyxie

📊 Tableaux de synthèse

Productivité primaire et secondaire