Fiche de révision : Flux trophiques et rendements énergétiques

📋 Plan du Cours

1. Composantes et fonctionnement des écosystèmes
2. Niveaux d’organisation écologique
3. Interactions entre les êtres vivants
4. Chaînes alimentaires et régimes
5. Production primaire et biomasse
6. Facteurs de production primaire
7. Agrosystème et assistance technique
8. Détritivores et décomposeurs
9. Productivité et renouvellement
10. Budget et rendements énergétiques
11. Facteurs de rendement des organismes
12. Recyclage de la matière et dissipation

📖 1. Composantes et fonctionnement des écosystèmes

🔑 Notions clés & Définitions

• Biotope : Ensemble des conditions physico-chimiques liées au sol, dites édaphiques, et au climat, dites climatiques.
• Biocénose : Ensemble des êtres vivants peuplant un biotope, aussi appelé communauté.
• Écosystème : Système dynamique caractérisé par les interactions entre le biotope et la biocénose, ainsi qu’entre les êtres vivants de la biocénose.

📝 Points essentiels

• L’être vivant constitue l’unité fonctionnelle d’un écosystème.

• Les quatre principales composantes du climat sont :

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

📖 2. Niveaux d’organisation écologique

🔑 Notions clés & Définitions

• Population : Ensemble des individus d’une même espèce occupant un territoire à un moment donné.
• Peuplement : Ensemble des individus de plusieurs espèces, donc de plusieurs populations, ayant une écologie semblable et occupant un territoire à un moment donné.
• Biome : Ensemble de peuplements végétaux et animaux à l’échelle d’un continent, dont la répartition dépend de la latitude et du climat.
• Biosphère : Ensemble des êtres vivants qui peuplent la Terre, aussi appelée couche de vie.
• Phytocénose : Désigne les populations végétales d’une biocénose.
• Zoocénose : Désigne les populations animales d’une biocénose.

💡 Astuce mémo

Individu → population → peuplement → biocénose → écosystème → écocomplexe → biosphère

📖 3. Interactions entre les êtres vivants

🔑 Notions clés & Définitions

• Compétition : Lutte entre organismes pour des ressources telles qu’un abri, la lumière, l’eau ou un lieu de reproduction.
• Prédation : Utilisation d’une espèce par une autre pour s’en nourrir, chez les animaux comme chez les végétaux.
• Parasitisme : Utilisation d’un hôte par une espèce pour se nourrir et se reproduire, en entraînant ou non la mort de l’hôte.
• Mutualisme : Le mutualisme, ou coopération, est une association à bénéfice réciproque dont les deux partenaires peuvent se passer.
• Commensalisme : Association qui profite à une espèce sans nuire à l’autre, laquelle reste indifférente à la présence de la première.
• Symbiose : Association durable, sinon constante, à bénéfice réciproque entre deux espèces déterminées aux besoins complémentaires.

📝 Points essentiels

• Le lichen est une association entre une algue et un champignon.

📖 4. Chaînes alimentaires et régimes

🔑 Notions clés & Définitions

• Producteur primaire : Organisme autotrophe qui convertit la matière minérale en matière organique grâce à l’énergie lumineuse et constitue le premier maillon des chaînes trophiques.
• Réseau trophique : Ensemble des chaînes alimentaires d’un écosystème.

★ À maîtriser

• Les régimes alimentaires des animaux hétérotrophes se classent en quatre catégories : phytophage, zoophage, nécrophage et omnivore.

Compléments

• Les producteurs primaires fournissent la matière et l’énergie de base aux hétérotrophes, qui sont des consommateurs.

• Le régime alimentaire d’une espèce peut varier selon : son âge, les saisons, son sexe, son état physiologique, notamment la maladie ou la gestation

📖 5. Production primaire et biomasse

🔑 Notions clés & Définitions

• Production primaire : Vitesse à laquelle les organismes autotrophes d’un écosystème convertissent, grâce à l’énergie lumineuse captée, une quantité de matière minérale en matière organique et accroissent leur biomasse.
• Production primaire brute : Totalité de la matière organique produite par les autotrophes grâce à la photosynthèse.
• Production primaire nette : Matière organique restante après la part utilisée par les végétaux lors de la respiration pour leurs synthèses; elle sert à fabriquer la biomasse végétale ou à stocker des réserves énergétiques comme l’amidon.
• Biomasse : Masse des matières organiques et minérales constituant les êtres vivants, exprimée en masse fraîche ou sèche par unité de surface.

📝 Points essentiels

• La respiration des végétaux chlorophylliens consomme une partie de la matière organique produite et génère un dégagement de chaleur ainsi que du CO₂ et de l’eau, recyclés comme déchets minéraux.

📐 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 niveaux trophiques suivants.

💡 Astuce mémo

PPB = production totale ; PPN = ce qui reste après les pertes respiratoires

📖 6. Facteurs de production primaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression de consommation : La pression de consommation désigne l’intensité avec laquelle les consommateurs prélèvent les végétaux d’un milieu.

★ À maîtriser

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

📌 Un facteur nécessaire à la production primaire devient limitant s’il est en quantité insuffisante ou excessive.

Compléments

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

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

• Les végétaux fortement consommés, comme le plancton et les prairies, ont une croissance et une régénération rapides et produisent continuellement des tissus jeunes performants en photosynthèse.

📌 Une pression de consommation dépassant un certain seuil entraîne le déclin des végétaux, comme dans le cas du surpâturage.

• Les végétaux faiblement consommés ont une croissance lente, comme les végétaux vieillissants des forêts dont la production diminue.

💡 Astuce mémo

Facteur en excès ou en manque → facteur limitant → production primaire réduite

📖 7. Agrosystème et assistance technique

🔑 Notions clés & Définitions

• Agrosystème : Écosystème géré par l’être humain.
• Production secondaire : Vitesse à laquelle les organismes hétérotrophes convertissent la matière de leur nourriture en biomasse ou en énergie potentielle stockée.
• Consommateurs : Organismes hétérotrophes qui consomment de la matière vivante.
• Boucle d’assistance technique : Apport humain d’énergie destiné à compenser la perte de la capacité d’auto-entretien de l’écosystème.
• Parasites : Êtres vivants qui utilisent d’autres êtres vivants pour se nourrir, se développer et se reproduire, sans nécessairement entraîner leur mort ; ils se trouvent souvent au sommet des chaînes alimentaires.

★ À maîtriser

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

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

📌 Les consommateurs primaires sont des herbivores qui mangent des végétaux, des algues ou du phytoplancton ; les consommateurs secondaires sont des carnivores qui mangent des herbivores ; les consommateurs tertiaires et quaternaires sont des carnassiers qui mangent des herbivores et des carnivores.

Compléments

• Un agrosystème utilise des végétaux ayant naturellement une production primaire élevée et reçoit une importante quantité d’énergie apportée par l’être humain.

💡 Astuce mémo

La gestion humaine compense la perte de capacité d’auto-entretien

📖 8. Détritivores et décomposeurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Détritivores : Hétérotrophes qui consomment de la matière morte et produisent une matière remaniée en décomposant et minéralisant partiellement des cadavres, des particules organiques mortes ou des excréments.
• Décomposeurs : Organismes qui achèvent le travail des détritivores en transformant la matière morte remaniée en matière minérale ; ce sont les bactéries, les champignons et les protozoaires, des eucaryotes unicellulaires.

★ À maîtriser

• Les décomposeurs rendent aux végétaux les minéraux essentiels à l’activité photosynthétique et bouclent ainsi le cycle de la matière.

Compléments

• La matière organique remaniée par les détritivores forme une matière amorphe appelée humus en milieu terrestre ou vase en milieu aquatique.

📌 Les détritivores comprennent les nécrophages ou charognards qui mangent des cadavres d’animaux, les saprophages qui mangent des parties végétales mortes, les coprophages qui mangent des excréments et les géophages qui digèrent des particules organiques et participent à l’humification des restes de cadavres enterrés, comme les vers de terre.

📌 Les détritivores et les décomposeurs agissent en marge des chaînes alimentaires par le recyclage de la matière, mais forment aussi leurs propres chaînes alimentaires en produisant leur biomasse.

💡 Astuce mémo

Les détritivores remanient la matière morte → les décomposeurs la minéralisent

📖 9. Productivité et renouvellement

🔑 Notions clés & Définitions

• Productivité : Rapport entre la production moyenne et la biomasse présente dans le milieu ; elle s’exprime dans une unité inverse du temps.
• Vitesse de renouvellement : La vitesse de renouvellement de la biomasse, ou turn over, rapporte la biomasse à la production.

★ À maîtriser

📐 Formule - La productivité vérifie $\text{Productivité} = \frac{P}{B} = \frac{\text{masse}/\text{surface}/\text{temps}}{\text{masse}/\text{surface}}$.

📐 Formule - La vitesse de renouvellement vérifie $\text{Vitesse de renouvellement} = \frac{B}{P} = \frac{\text{masse}/\text{surface}}{\text{masse}/\text{surface}/\text{temps}}$.

Compléments

• La productivité et la vitesse de renouvellement se calculent à l’échelle primaire ou secondaire et complètent une argumentation fondée sur les productions primaire ou secondaire.

💡 Astuce mémo

P/B mesure la productivité, B/P le temps de renouvellement

📖 10. Budget et rendements énergétiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle budget : Schéma théorique décrivant le flux d’énergie qui traverse un maillon alimentaire, le devenir de cette énergie et la quantité disponible pour le maillon suivant.
• Rendement énergétique : Rapport entre le flux d’énergie sortant et le flux d’énergie entrant, soit l’énergie fixée rapportée à l’énergie reçue.

★ À maîtriser

📌 Dans un budget énergétique, l’énergie ingérée (EI) est l’énergie potentielle et la matière ingérées, l’énergie assimilée (EA) est l’énergie et la matière absorbées, et la production nette (PN) est l’énergie potentielle fixée dans la matière organique et disponible pour le niveau suivant.

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

📐 Formule - Le rendement de production nette vérifie $R_P = \frac{\text{production primaire ou secondaire nette}}{\text{énergie assimilée}} = \frac{P}{A}$.

📐 Formule - Le rendement écologique global vérifie $R_E = \frac{\text{production primaire ou secondaire nette}}{\text{production nette du niveau inférieur}} = \frac{P}{P_{n-1}}$.

Compléments

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

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

• Pour les producteurs primaires, l’énergie ingérée correspond à l’énergie solaire reçue.

• 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 de biomasse et permet de distinguer les poïkilothermes des homéothermes, notamment les oiseaux et les mammifères.

• Le rendement écologique global mesure le rendement d’une relation trophique et varie selon le régime alimentaire, le type de métabolisme, l’âge et la capacité de transformation, notamment les performances digestives.

📖 11. Facteurs de rendement des organismes

🔑 Notions clés & Définitions

• Hétérothermes : Organismes qui ne régulent pas leur température interne, compensent les variations de température du milieu par leur comportement et ont des pertes respiratoires faibles ou moyennes.
• Homéothermes : Organismes qui régulent leur température interne en faisant fonctionner leurs mitochondries pour produire de la chaleur et maintenir une température corporelle constante ; les mammifères et les oiseaux en sont des exemples et ont des pertes respiratoires importantes.

★ À maîtriser

📌 Un organisme qui rejette beaucoup de matière non assimilée est qualifié de gaspilleur, tandis qu’un organisme qui en rejette peu est qualifié d’économe ; les mammifères sont cités comme économes.

Compléments

• Un appareil digestif plus perfectionné digère mieux les aliments et assimile davantage de nutriments.

💡 Astuce mémo

Hétérothermes : faibles pertes respiratoires ; homéothermes : pertes importantes

📖 12. Recyclage de la matière et dissipation

★ À maîtriser

• Les décomposeurs restituent aux autotrophes la matière minérale nécessaire à la production primaire, tandis que les détritivores préparent ce recyclage en remaniant la matière morte.

• Selon la loi proposée par Raymond Lindeman en 1942, seulement 10 à 20 % de l’énergie est transmise d’un niveau trophique au suivant.

• L’énergie disponible diminue le long des chaînes alimentaires, tandis que la source initiale, le Soleil, est inépuisable.

• L’énergie non convertie en énergie disponible pour le niveau suivant est dissipée directement ou indirectement par l’intermédiaire des détritivores et des décomposeurs ; les écosystèmes sont donc des systèmes ouverts sur le plan énergétique.

• Les relations trophiques transfèrent la matière des producteurs primaires aux consommateurs ultimes et recyclent les éléments C, H, O, N, P et S grâce aux détritivores et aux décomposeurs, puis les réintroduisent dans les chaînes alimentaires par les autotrophes.

Compléments

• La matière disponible diminue à mesure que l’on monte dans les chaînes alimentaires ; les niveaux supérieurs comptent moins d’individus, qui sont plus gros et décrits comme plus efficaces.

• La respiration rejette du CO₂ et de l’eau à tous les niveaux, et ces substances peuvent être utilisées lors de la photosynthèse.

• Dans l’exemple de pyramide énergétique hors décomposeurs, l’énergie solaire reçue est de 1 000 000 J et les producteurs primaires disposent de 10 000 J, soit un rendement écologique de 1 %.

• Dans l’exemple de pyramide énergétique, les consommateurs I disposent de 1 000 J, les consommateurs II de 100 J et les consommateurs III de 10 J, avec un transfert de 10 % entre chacun de ces niveaux.

📌 Les premiers maillons disposent de beaucoup d’énergie, comptent de nombreux descendants et investissent beaucoup dans la reproduction, tandis que les derniers disposent de peu d’énergie, ont peu de descendants dont la majorité atteint l’âge adulte et investissent beaucoup dans la survie.

• Les organismes chlorophylliens convertissent l’énergie solaire en énergie chimique potentielle par photosynthèse, puis cette énergie est progressivement convertie en ATP par respiration ou fermentation et utilisée dans les fonctions métaboliques, avec dissipation finale de chaleur.

• Les pyramides écologiques et les calculs de rendements permettent de montrer le recyclage de la matière et les pertes énergétiques le long des chaînes alimentaires.

• Dans le schéma bilan, une faible biomasse associée à un métabolisme élevé caractérise des organismes actifs.

💡 Astuce mémo

La respiration dissipe l’énergie sous forme de chaleur, tandis que les décomposeurs recyclent la matière