Fiche de révision : Organisation des systèmes écologiques

📋 Plan du Cours

1. Naissance et évolution de l’écologie
2. Enjeux environnementaux contemporains
3. Objet d’étude de l’écologie
4. Principes de la démarche systémique
5. Structure et propriétés des systèmes
6. Systèmes vivants et thermodynamique
7. Diagrammes et relations causales
8. Rétroactions et régulation
9. Équilibre stabilité et résilience
10. Complexité et organisation hiérarchique
11. Holisme et échelles d’observation
12. Construction de la notion d’écosystème
13. Biocénose communautés et populations

📅 Repères chronologiques

1. 1935Arthur G. Tansley utilise et définit la notion d’écosystème.
2. 1972Le Sommet de Stockholm fait de l’environnement un enjeu politique international.
3. 1987Le Rapport Brundtland popularise le développement durable, qui vise à concilier le développement des sociétés et la préservation de l’environnement pour les générations futures.
4. 2015L’Accord de Paris vise à maintenir l’augmentation de la température mondiale bien en dessous de 2 °C et à poursuivre les efforts pour la limiter à 1,5 °C.

📖 1. Naissance et évolution de l’écologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Écologie : Science globale des relations des organismes avec leur monde extérieur et toutes leurs conditions d’existence, définition formulée par Ernst Haeckel en 1866.

★ À maîtriser

• L’écologie fondamentale étudie les mécanismes de fonctionnement des écosystèmes ainsi que la structuration et la dynamique des populations et des peuplements.

Compléments

• L’écologie est passée de l’étude des facteurs écologiques à celle des populations, des communautés, des écosystèmes, de la biosphère et, depuis 1980, de la modélisation numérique des systèmes écologiques.

• L’écologie appliquée traite notamment de l’aménagement de l’espace, de l’utilisation rationnelle des ressources, de la gestion et de la conservation de la nature.

💡 Astuce mémo

Lamarck et Humboldt → Haeckel → écosystèmes → écologie numérique

📖 2. Enjeux environnementaux contemporains

📝 Points essentiels

• Le Cadre mondial de la biodiversité de Kunming-Montréal, adopté en 2022, vise notamment la conservation de 30 % des terres et des mers d’ici 2030.

💡 Astuce mémo

Stockholm → Brundtland → Rio → Paris → Kunming-Montréal

📖 3. Objet d’étude de l’écologie

🔑 Notions clés & Définitions

• Objet de l’écologie : Étudier les relations des organismes avec leur environnement, les facteurs et interactions déterminant leur distribution et leur abondance, ainsi que les écosystèmes.

📖 4. Principes de la démarche systémique

🔑 Notions clés & Définitions

• Démarche systémique : La démarche systémique conçoit les structures et les fonctionnements comme issus d’une organisation de phénomènes interagissant et privilégie la circularité et la complexité.

• Système général : Le Moigne - Un système est un ensemble d’éléments en interaction formant une totalité organisée, dont les propriétés ne sont pas réductibles à celles de ses composants séparés.

📝 Points essentiels

• Ludwig von Bertalanffy est l’un des pères fondateurs de la systémique et est à l’origine du concept de système général.

💡 Astuce mémo

Systémique : interactions et circularité ; analytique : cause unique et effet isolé

📖 5. Structure et propriétés des systèmes

🔑 Notions clés & Définitions

• Propriété émergente : Propriété collective nouvelle, produite par l’organisation spatio-temporelle d’un système et non déductible des propriétés de ses composants isolés.

📝 Points essentiels

• Un système possède une frontière qui le sépare de son environnement, comme la membrane d’une cellule, la peau d’un animal, la lisière d’une forêt ou l’atmosphère terrestre.

• L’état d’un système résulte de la coévolution sélective de ses composants, tandis que le système exerce en retour un contrôle sur ces composants.

💡 Astuce mémo

Interactions organisées → propriétés émergentes → contrôle des composants

📖 6. Systèmes vivants et thermodynamique

🔑 Notions clés & Définitions

• Système vivant : Système dynamique ouvert qui maintient son organisation grâce aux flux de matière et d’énergie qui le traversent.
• Autopoïèse : Production permanente d’un système vivant par lui-même, en interaction avec son environnement.
• Entropie : Mesure physique du degré de désordre d’un système.

💡 Astuce mémo

Flux de matière et d’énergie → maintien de l’organisation

📖 7. Diagrammes et relations causales

🔑 Notions clés & Définitions

• Diagramme des boucles causales : Représente un système par un réseau de variables reliées par des flèches indiquant leurs influences directes.

📝 Points essentiels

📌 Dans une relation causale, A est la variable indépendante et la cause antérieure, tandis que B est la variable dépendante et l’effet postérieur.

📌 Une relation causale positive signifie que A et B varient dans le même sens, tandis qu’une relation causale négative signifie qu’ils varient en sens opposé.

💡 Astuce mémo

Variable A → variable B → chaîne causale → boucle de rétroaction

📖 8. Rétroactions et régulation

★ À maîtriser

📌 Une boucle de rétroaction possède une polarité positive lorsque son nombre de signes négatifs est pair ou nul, et une polarité négative lorsqu’il est impair.

📌 Une rétroaction positive amplifie un phénomène et peut provoquer un emballement ou un effondrement, tandis qu’une rétroaction négative régule le phénomène et favorise la stabilité.

Compléments

• La régulation de la glycémie implique:
  • l’insuline
  • le glucagon
  • le pancréas
  • le foie
  • les muscles

💡 Astuce mémo

Rétroaction positive : amplification ; rétroaction négative : régulation

📖 9. Équilibre stabilité et résilience

🔑 Notions clés & Définitions

• Équilibre dynamique : Un équilibre dynamique est un état où les variables d’un système restent globalement constantes malgré la poursuite des processus, et il peut être stationnaire ou périodique.
• Résilience : Holling, 1973 - Capacité d’un système à absorber les perturbations et à se réorganiser pour conserver son identité, ses fonctions et ses structures essentielles.

📝 Points essentiels

• Un lac peut exister dans un état clair, caractérisé par une faible biomasse phytoplanctonique, une forte transparence de l’eau et des macrophytes abondantes, ou dans un état turbide, caractérisé par une forte biomasse phytoplanctonique, une faible transparence et la régression des macrophytes.

💡 Astuce mémo

Une balle dans un bassin d’attraction revient après une perturbation

📖 10. Complexité et organisation hiérarchique

🔑 Notions clés & Définitions

• Complexité : Selon Serres et Farouki, une structure est complexe lorsqu’elle comprend de nombreux éléments de catégories multiples, organisés en niveaux hiérarchiques et reliés par des interactions nombreuses et diverses.

• Holon : Ahl & Allen, 1996 - Sous-système défini par une frontière spatiale et fonctionnelle, dont les composants interagissent fortement entre eux et faiblement avec ceux des autres holons.

📝 Points essentiels

• Les principales étapes citées sont: les premiers protons, environ 1 seconde après le Big Bang, les premiers atomes, environ 1 million d’années après le Big Bang, les premiers organismes unicellulaires, environ 11 milliards d’années après le Big Bang

💡 Astuce mémo

Composants → sous-systèmes → niveaux imbriqués → propriétés émergentes

📖 11. Holisme et échelles d’observation

🔑 Notions clés & Définitions

• Holisme : Idée que les propriétés d’un système ne peuvent pas être déterminées ou expliquées à partir de ses seuls composants.

📝 Points essentiels

📌 Le holisme et le réductionnisme sont deux approches complémentaires pour étudier les systèmes complexes.

• Les niveaux conventionnels cités sont:
  • l’écologie globale
  • l’écologie du paysage
  • la biocénotique
  • la démoécologie
  • la synécologie

💡 Astuce mémo

Holisme : le tout dépasse les parties ; réductionnisme : décomposer le système

📖 12. Construction de la notion d’écosystème

🔑 Notions clés & Définitions

• Écosystème : Système écologique composé d’éléments organisés et délimités, présentant des interactions et évoluant au cours du temps.

★ À maîtriser

• En 1942, Raymond Lindeman montre avec l’étude du Cedar Bog Lake que le fonctionnement d’un écosystème peut être étudié quantitativement à travers des flux d’énergie.

Compléments

• Frederic Clements développe la notion de successions végétales et de climax, montrant que les associations végétales évoluent dans le temps.

💡 Astuce mémo

Répartition → successions → interactions → flux d’énergie → écosystème

📖 13. Biocénose communautés et populations

🔑 Notions clés & Définitions

• Biocénose : Ensemble des organismes d’un territoire donné.
• Communauté : Une communauté est une partie de la biocénose, délimitée dans l’espace et le temps, caractérisée par une fonction particulière et composée d’organismes de plusieurs espèces plus ou moins apparentées.
• Population : Ensemble d’individus de la même espèce vivant au même endroit et au même moment, et échangeant des gènes.

📝 Points essentiels

📌 Un groupe fonctionnel rassemble des organismes occupant une fonction déterminée dans les écosystèmes, tandis qu’un taxon rassemble des organismes apparentés dans la classification phylogénétique.

📊 Tableaux de synthèse

Types de rétroaction

Niveaux écologiques