Notes d'écologie générale

4.9. PYRAMIDES ECOLOGIQUES ET FLUX D'ENERGIE

La structure d'un écosystème peut être décrite en terme d'individus, de biomasse, ou d'énergie. On peut la représenter graphiquement à l'aide des pyramides écologiques construites en superposant plusieurs rectangles de même largeur et proportionnels au nombre d'individus ou à la masse de matière vivante ou d'énergie présente à chaque niveau trophique. Selon qu'on se base sur le nombre la biomasse et l'énergie on peut distinguer les pyramides des nombres, des biomasses et des énergies.

Dans les écosystèmes, seule une fraction (10 - 20%) de l'énergie se trouvant dans un niveau donné d'une chaîne trophique est transmise aux organismes de niveaux trophiques supérieurs (Loi de 10% ou loi de LINDEMAN).

A chaque étape de la chaîne trophique, une part substantielle de l'énergie solaire captée au niveau des producteurs est perdue sous forme de chaleur qui retourne dans l'atmosphère. De ce fait, l'énergie n'est pas recyclable. Les organismes de chaque niveau trophique transmettent moins d'énergie qu'ils n'en reçoivent.

L'énergie décroît d'un niveau à un autre pour des raisons suivantes :

- à partir des éléments disponibles, seuls, une partie est effectivement prélevée et dévorée par le niveau supérieur.

- une partie des aliments ingérés n'est pas digérée et sort du tube digestif à l'état des déchets ou excréta.

- seul un pourcentage d'aliments digérés est transformé au profit de la masse corporelle de l'organisme, le reste étant utilisé comme source d'énergie.

C1

C3

c4

Niveau VI D = décomposeurs

Niveau V C₄ = consommateurs de 4^ème ordre Niveau IV C₃ = consommateur de 3^ème ordre

Niveau III C₂ = consommateur de 2^ème ordre

Niveau II C₁ = consommateur de 1^èr ordre

Niveau I P = producteur Figure 6 : Modèle d'une pyramide écologique

4.10. CIRCULATION DE LA MATIERE DANS LES ECOSYSTEMES :

Dans les écosystèmes, en plus de la circulation de l'énergie, il y a aussi des éléments essentiels qui suivent des cycles déterminés grâce auxquels ils sont récupérés. Ces éléments passent alternativement et d'une façon ininterrompue entre le milieu et les êtres vivants. Si on considère la biosphère dans son ensemble, les éléments biogènes circulent entre la lithosphère, l'hydrosphère ou l'atmosphère et les êtres vivants. Tous ces circuits fermés suivis par ces éléments sont appelés cycles biogéochimiques. L'existence de tels cycles explique la constance du taux des divers éléments présents dans la biosphère. Il y a par exemple l'oxygène que les animaux absorbent à chaque instant et depuis l'apparition de la vie sur la terre mais sa quantité reste constante dans la biosphère. Chaque cycle comporte une partie biologique et une partie géochimique. On distingue 3 sortes de cycles biogéochimiques :

- le cycle de l'eau

- les cycles des éléments à phase gazeuse prédominante (cycle de N, de O et du C).

- les cycles des éléments à phase sédimentaire prédominante (cycles du phosphore et du soufre).

Le processus cyclique comprend pour chaque élément un réservoir, partie de la biosphère servant d'entrepôt à un élément, un carrefour d'échange, partie de la biosphère ou les producteurs puisent les nutriments et la communauté biotique qui permet aux sels d'être transmis le long de la chaîne trophique par l'intermédiaire du carrefour d'échange.

4.10.1. Exemples des cycles biogéochimiques

1. Cycle de l'azote

Le cycle de l'azote est, un cycle biogéochimique qui décrit la succession des modifications subies par les différentes formes de l' azote ( diazote, nitrate, nitrite, ammoniac, azote organique ( protéines)).

- Généralités

L'atmosphère est la principale source d'azote, sous forme de diazote, puisqu'elle en contient 78 % en volume. L'azote, composé essentiel à de nombreux processus biologiques, se retrouve entre autres dans les acides aminés constituant les protéines, et dans les bases azotées présentes dans l' ADN. Des processus sont nécessaires pour transformer l'azote atmosphérique en une forme assimilable par les organismes.

L'azote atmosphérique est fixé par des bactéries présentes dans le sol, telles que Azobacter vinelandii, grâce à une enzyme, la nitrogénase. Celle-ci qui produit de l' ammoniac NH₃ à partir de l'azote atmosphérique et de l' hydrogène de l'eau. Certaines de ces bactéries, comme Rhizobium, vivent en symbiose avec des plantes, produisant de l'ammoniac et puisant des glucides de la plante dans la rhizosphère. L'ammoniac peut aussi provenir de la décomposition d'organismes morts par des bactéries saprophytes sous forme d' ions ammonium NH₄⁺.

Dans les sols bien oxygénés, mais aussi en milieu aquatique oxygéné, des bactéries transforment l'ammoniac en nitrite NO₂^-, puis en nitrates NO₃^-, au cours du processus de nitrification. On peut décomposer cette transformation en nitritation et nitratation.

Les végétaux absorbent grâce à leurs racines les ions nitrate NO₃^- et, dans une moindre mesure, l' ammoniac présent dans le sol, et les incorporent dans les acides aminés et les protéines. Les végétaux constituent ainsi la source primaire d'azote assimilable par les animaux. En milieu Anoxique, (sol ou milieu aquatique non oxygéné) des bactéries dites dénitrifiantes transforment les nitrates en gaz diazote, c'est la dénitrification.

- Ammonification

C'est la production d'ammonium ou d'ammoniac du fait d'une activité biologique, à partir soit de matière organique en décomposition, soit par la réduction de nitrate. L'ammonification à partir de la matière organique a pour but de produire une source d'azote directement utilisable par les organismes pour leur propre synthèse. Elle est réalisée uniquement par les Entérobactérie, les Pseudomonacea, les Bacillus, Entérocoque, les Champignons...

Lorsqu'elle se réalise à partir des nitrates elle a pour buts de produire de l'énergie par réduction des nitrates en ammonium et une forme d'azote assimilable. C'est la dénitrification assimilatrice ou l'ammonification assimilatrice.

Figure 8 : cycle simplifié du carbone

DENITRIFICATION

ABSORPTION

AZOTE ATMOSPHERIQUE

ANIMAUX

VEGETATION

CADAVRES

USINES

NITRATES ET NH₃

LITIERE

MINERALISATION

BACTERIES

Figure 7 : Cycle simplifié de l'azote

Fix. Biologique

Fix. Industrielle

Fix. Electro chimique

4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. 4.10. 4.11. 2. cycle du carbone

Le cycle du carbone est un cycle biogéochimique, il correspond à l'ensemble des

2. Cycle du carbone

Le cycle du carbone est un cycle biogéochimique, il correspond à l'ensemble des échanges d' éléments carbone sur une planète. Celui de la Terre est particulièrement complexe du fait des différents échanges entre les océans, les roches, la matière vivante, et l' atmosphère. ( 4 réservoirs de carbone: hydrosphère, lithosphère , biosphère et atmosphère

Le carbone se retrouve dans l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Ce gaz est absorbé par les végétaux lors de la photosynthèse pour fabriquer des glucides ou hydrates de carbone. Les substances ainsi synthétisées sont par la suite consommées par les animaux. Les déjections, les feuilles mortes et les cadavres d'animaux et de plantes se décomposent et se fossilisent pour former de roches carbonées comme le charbon ou du pétrole qui par combustion dans les usines et les moteurs se transforment en dioxyde de carbone qui regagne l'atmosphère. Une autre quantité de dioxyde de carbone au lieu d'être fixé par les végétaux entre dans l'hydrosphère ou il se combine au Calcium pour donner des roches carbonatées qui par décomposition produisent du dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone atmosphérique provient aussi de la respiration des animaux et des végétaux ou directement de la mer par dégradation du carbonate de calcium marin.

PHOTOSYNTHESE

DIOXYDE DE CARBONE ATMOSPHERIQUE

ANIMAUX

VEGETATION

CADAVRES

USINES

VEHICULES MOTEURS

COMBUSTIBLES FOSSILES

LITIERE