Fiche de révision : Principes des écosystèmes et cycles

📋 Plan du Cours

1. Organisation et fonctionnement des écosystèmes
2. Production et bilan du carbone
3. Décomposition et recyclage des nutriments
4. Évolution métabolique de la Terre
5. Réservoirs et échanges du carbone global

📖 1. Organisation et fonctionnement des écosystèmes

🔑 Notions clés & Définitions

• Écosystème : Association d’organismes vivants et de leur environnement physique dans un système qui échange et transforme matière et énergie.
• Frontière : Limite choisie pour déterminer ce qui entre dans un système et ce qui en sort.

📝 Points essentiels

📌 La structure d’un écosystème comprend les producteurs, les consommateurs, les décomposeurs, les communautés et l’environnement physique, tandis que ses processus comprennent la production, la respiration, la décomposition, les transferts trophiques et les cycles des nutriments.

📌 Un stock est une quantité présente à un moment donné, un flux est une quantité qui se déplace ou se transforme par unité de temps, une source est le compartiment d’où part un flux et un puits est le compartiment qui le reçoit.

📐 Formule - Le bilan de matière s’écrit $\Delta Stock = Entrées - Sorties + Transformations\ internes$.

📌 La matière change de forme ou de compartiment et se recycle dans les cycles biogéochimiques, tandis que l’énergie entre surtout sous forme de lumière, est convertie en énergie chimique puis dissipée en chaleur sans se recycler.

💡 Astuce mémo

La structure décrit les composants ; les processus décrivent leurs transformations.

📖 2. Production et bilan du carbone

★ À maîtriser

📌 La production primaire brute (GPP) correspond à toute la matière fixée par les producteurs, la respiration des producteurs (R) en consomme une partie et la production primaire nette (NPP) correspond à la biomasse nouvelle restante.

📐 Formule - La production primaire nette vérifie $NPP = GPP - R$.

📐 Formule - La production nette de l’écosystème vérifie $NEP = GPP - R_{eco} = NPP - R_{eco}$.

📌 Une NEP positive indique un puits de carbone, car la fixation dépasse la respiration, tandis qu’une NEP négative indique une source de carbone, car la respiration dépasse la fixation.

📌 La biomasse est un stock de matière présente, tandis que la productivité est un flux correspondant à un taux de production ; une faible biomasse n’implique donc pas une faible productivité, comme l’illustre le phytoplancton.

Compléments

📐 Formule - La photosynthèse s’écrit $6CO_2 + 6H_2O + lumière \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

📐 Formule - Pour les consommateurs, l’ingestion vérifie $I = A + E$ et l’assimilation vérifie $A = I - E$, où E représente l’égestion non assimilée.

💡 Astuce mémo

Biomasse = stock ; productivité = flux.

📖 3. Décomposition et recyclage des nutriments

★ À maîtriser

• Les décomposeurs comprennent : les champignons, les bactéries, les détritivores, notamment les vers de terre et les insectes

• 🔄 La transformation de la matière morte se déroule en étapes :

  1. fragmentation physique
  2. décomposition chimique
  3. minéralisation en nutriments inorganiques

• La décomposition est contrôlée par : la température, l’humidité, la qualité du substrat, notamment le rapport C/N et la lignine, la communauté de décomposeurs

• Dans le cycle simplifié de l’azote, les formes inorganiques NH₄⁺ et NO₃⁻ sont assimilées par les plantes, passent dans la biomasse organique des plantes et des animaux, puis les détritus sont décomposés et minéralisés en nutriments inorganiques.

Compléments

• Une température plus élevée accélère la décomposition jusqu’à une limite, et la décomposition nécessite de l’eau.

💡 Astuce mémo

Matière morte → fragmentation → décomposition chimique → minéralisation.

📖 4. Évolution métabolique de la Terre

★ À maîtriser

• La Terre primitive, il y a environ 4,5 Ga, ne possédait pas d’oxygène libre et se caractérisait par le volcanisme et une forte teneur en CO₂.

• Les premiers organismes, apparus il y a environ 3,5 Ga, étaient des procaryotes à métabolisme anaérobie.

• La photosynthèse, présente il y a environ 2,7 Ga chez les cyanobactéries associées aux stromatolites, a produit de l’O₂.

• La Grande Oxydation, il y a environ 2,4 Ga, a entraîné une hausse de l’O₂ atmosphérique, l’oxydation du fer et la formation de dépôts de fer.

Compléments

• La hausse de l’O₂ atmosphérique liée à la photosynthèse a transformé les cycles biogéochimiques et permis l’évolution d’organismes plus complexes, notamment aérobies, ainsi que la colonisation des terres.

💡 Astuce mémo

Photosynthèse → hausse de l’O₂ → organismes aérobies et vie plus complexe.

📖 5. Réservoirs et échanges du carbone global

★ À maîtriser

• Les principaux compartiments du carbone global sont :

  • l’atmosphère
  • la végétation
  • les sols
  • les roches sédimentaires
  • l’océan de surface
  • l’océan profond

• Les processus du cycle global du carbone sont :

  • la photosynthèse
  • la respiration
  • la décomposition
  • les échanges air-mer
  • la sédimentation
  • le volcanisme
  • les activités humaines

• Les activités humaines augmentent le CO₂ atmosphérique et perturbent les puits de carbone, notamment les forêts et les océans, le climat et les cycles des nutriments.

Compléments

• L’océan de surface participe aux échanges rapides de carbone, tandis que l’océan profond assure un stockage à long terme.