Ecosystème
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Un écosystème comprend un milieu, (biotope), les êtres vivants (biocénose) qui y vivent, s’y nourrissent et s’y reproduisent, ainsi que toutes les relations qui peuvent exister et se développer à l'intérieur de ce système. C'est une combinaison complexe et dynamique de plantes, d’animaux, de micro-organismes et de leur environnement naturel, coexistant au sein d’un même ensemble et dépendant les uns des autres.
Le terme a été créé en 1935 par le botaniste britannique Arthur George Tansley (1871-1955), par contraction de l'expression anglaise ecological system (« système écologique »). C’est l’unité de base de l’étude de la nature, constituée par un ensemble d’animaux, de plantes, de champignons et de micro-organismes interagissant les uns avec les autres et avec leur milieu (eau, sol, air, etc.). Plages, récifs corallien, forêts ou prairies sont des écosystèmes, par exemple. L’ensemble des écosystèmes de la terre forment la biosphère.
Sommaire
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Les éléments indispensables à la vie sur terre et les biotopes
Un écosystème est un ensemble de vie équilibré, autonome stable et complexe, composé de deux éléments : la biocénose ou l'ensemble des êtres vivants et le biotope ou le milieu, qui est l'environnement physico-chimique, inerte, dit « abiotique » (littéralement « sans vie »). Il englobe toutes les composantes extérieures aux êtres vivants. On retrouve à des niveaux variables, dans tous les biotopes, cinq éléments indispensables à la vie :
- L'eau : la vie ne peut se développer sans eau quelque soit sa forme, aussi un élément déterminant pour le biotope sera la mesure de la pluviométrie, la quantité d'eau et la régularité des précipitations. Cet élément permet de classer les biotopes des plus désertiques aux plus humides.
- Le sol : le sol a une double importance : c’est le support sur lequel poussent les plantes et il est la matière organique à partir de laquelle elles fabriquent de la matière vivante. Le type de sol en surface va jouer un rôle important dans l'enracinement des plantes et donc sur le type de plantes qui pourront s'y adapter. Il existe différentes sortes de surfaces de sols : rocheuses, herbeuses, broussailleuses, desséchées…
- L’air : l’air apporte aux espèces vivantes l’oxygène nécessaire à la respiration et le gaz carbonique, indispensable pour la photosynthèse des plantes. les vents et courants d’air servent aussi à la pollinisation de certaines plantes et aide à la dissémination des spores et des pollens. Indépendamment de la pollution, la qualité de l'air n'est pas la même sur toute la surface de la terre. Par exemple, en montagne ne peuvent se développer que des espèces (flore et faune) spécifiques avec des besoin pauvres en oxygène.
- La lumière : la lumière permet la photosynthèse, sans laquelle les plantes ne pourraient produire la matière vivante nécessaire à leur développement. L'exposition à la lumière varie aussi selon les zones géographiques.
- La température : La température joue un rôle considérable dans le développement des plantes
Les types d’espèces et la biocénose
La biocénose est donc la communauté vivante, constituée par la totalité des êtres vivants (espèces végétales et animales) qui peuplent le biotope : bactéries, champignons, végétaux et animaux. Ils peuvent vivre en interaction directe entre eux ou non, mais restent toujours en interaction avec le milieu commun à tous. Ainsi, dans un champ, la mauvaise herbe peut puiser plus vite les nutriments de la terre ce qui empêchera le jeune plant de blé qui se trouve à côté croître correctement. La biocénose est caractérisée par une structure en chaîne alimentaire ou en réseau alimentaire, selon la complexité de ces communautés d’êtres vivants.
Les différents écosystèmes
Le terme d’écosystème est appliqué à des biocénoses et des biotopes d’extension très variable. Ainsi, la terre est un gigantesque écosystème (appelée biosphère), qui peut être divisé en des milliers d’écosystèmes de toutes les tailles, allant des macro-écosystèmes (à l’échelle d’un océan, d’un continent...) aussi appelés biomes, aux micro-écosystèmes (une plage à marée basse, une souche d’arbre, une pierre retournée, etc.) en passant par des méso-écosystèmes (comme un bois, une mare, un lac, un jardin, une prairie…).
L’ensemble des écosystèmes – et des biomes – de la planète forme la biosphère, c'est-à-dire la portion de la Terre et de l'atmosphère favorable à la vie.
Le fonctionnement des écosystèmes
Chaque écosystème est une unité fonctionnelle, avec des cycles écologiques (échanges d’énergie et un recyclage de la matière permanents) entre composants vivants et inertes.
Les niches écologiques
Chaque espèce, végétale ou animale, occupe une place propre au sein d’un écosystème donné, que ce soit par son habitat ou par son rôle fonctionnel sur le plan trophique : c’est ce que l’on appelle la niche écologique, définie pour chaque espèce par le mode de vie (occupation de l'espace, rythme d'activité, etc.), les exigences (alimentaires, physiologiques) et les potentialités adaptatives.
La niche écologique correspond à l'ensemble des paramètres environnementaux (climatiques, biotiques, édaphiques c-à-d ayant trait à un facteur lié au sol comme le pH, l’humidité, etc.) dont dépend l’espèce et qui la différencient des autres occupant le même habitat. Elle distingue également l'ensemble des facteurs constituant le milieu qui permettent à une espèce de vivre dans un biotope, de s'y nourrir, d’y survivre, de se reproduire et ainsi d’y assurer le maintien de l'espèce.
Il ne s'agit donc pas simplement d'une question de localisation et d'utilisation de l'espace, mais du rôle de chaque espèce dans l'écosystème. Cette notion permet de mieux appréhender les relations entre espèces dans l'écosystème (compétition, cohabitation, association…) et d'interpréter certains mécanismes d'évolution biologiques : l'occupation de nouvelles niches écologiques peut en effet favoriser l'apparition d'espèces nouvelles.
Les différents cycles de la matière et les transferts d'énergie
Les êtres vivants de la biocénose ont tous un rôle dans l’écosystème et peuvent être répartis en trois grandes catégories :
- les producteurs : les bactéries et les plantes chorophylliennes qui utilisent l'énergie solaire pour élaborer leur propre matière organique, par le processus de photosynthèse ;
- les consommateurs : les animaux herbivores et carnivores. Les herbivores qu consomment directement des producteurs sont des consommateurs primaires, les carnivores qui se nourrissent des herbivores sont des consommateurs secondaires et ceux qui mangent aussi les autres carnivores sont des consommateurs tertiaires parmi lesquels, on trouve les superprédateurs qui se trouvent au sommet des chaînes alimentaires, car il n’ont aucun prédateur ;
- les décomposeurs : les bactéries, les champignons et certains animaux invertébrés et nécrophages, se nourrissant de matière organique inerte (cadavres d’animaux, végétaux morts, liquides organiques, etc.). Les décomposeurs dégradent la matière organique inerte, et la transformer en éléments minéraux qui retournent au milieu où ils peuvent à nouveau être utilisés par les producteurs.
Les chaînes alimentaires et les réseaux trophiques
Ces trois catégories sont réunies par des liens « alimentaires », ou trophiques : les chaînes alimentaires qui se caractérisent par des échanges d'énergie et de matière s'effectuant uniquement dans le sens : producteurs - consommateurs - décomposeurs. L'écosystème vit donc comme un système autonome : il utilise ses ressources pour créer la vie, puis les êtres morts sont recyclés pour devenir à leur tour ressource.
La chaîne alimentaire caractérise donc une suite de relations alimentaires existant entre les êtres vivants : chaque être vivant mange celui qui le précède et il existe autant de chaînes alimentaires que de milieux. On appelle réseau trophique l’ensemble des chaînes alimentaires reliées entre elles, souvent à différents niveaux, au sein d'un même écosystème.
L’équilibre des écosystèmes
Les chaînes alimentaires maintiennent l'équilibre des écosystèmes : les producteurs fournissent les éléments dont ont besoin les consommateurs, et les décomposeurs dégradent les matières organiques des deux autres catégories. L’équilibre de chaque écosystème est donc maintenu par la présence de chaque élément : si l’un d’entre eux est affecté, cela peut occasionner des effets pouvant nuire à d’autres éléments selon une réaction en chaîne et bouleverser tout l’ensemble.
Ainsi, le poids respectif de chaque espèce s'équilibre naturellement pour ne pas mettre en danger le système entier et lorsqu’un habitat devient trop rare et que les espèces qui y vivent deviennent vulnérables, l’écosystème n’est plus en équilibre et la biodiversité est en danger.
Les cycles écologiques
Les membres des populations qui composent la biocénose d'un écosystème doivent satisfaire leurs besoins énergétiques, pour être en mesure de survivre. L'énergie arrive essentiellement sous la forme de lumière solaire qui, grâce aux transformations et transferts qu’elle rend possibles, est à la base du fonctionnement de tout écosystème. Viennent ensuite les producteurs, les consommateurs puis les décomposeurs qui au bout de la chaîne, fragmentent la matière organique morte pour s'en nourrir et assurent le recyclage de cette matière. À la fin du processus, la matière organique est réduite à ses composants minéraux, qui seront à nouveau absorbés par les végétaux. Il s’agit donc bien d’un fonctionnement cyclique.
Les éléments essentiels de la matière vivante (carbone, azote, phosphore, etc.) entrent eux-aussi dans un mode de fonctionnement en circuits fermés qui ont des parties communes (comme le passage de ces éléments dans les organismes des êtres vivants) mais aussi des parties distinctes, déterminées par les affinités chimiques et les formes (gaz, solide ou liquide) que prennent ces éléments : les cycles biogéochimiques.
Le rendement des écosystèmes et les pyramides écologiques
On appelle biomasse, la masse vivante des écosystèmes et productivité, son accroissement. La productivité de la biomasse végétale est dite primaire, celle de la biomasse des consommateurs, secondaire. Pour représentation quantitative des niveaux trophiques qui unissent les producteurs et les consommateurs, on se sert des pyramides écologiques. Elles permettent de visualiser la diminution de matière ou d’énergie mise à la disposition de chaque échelon suivant dans la chaîne alimentaire, et de mesurer le rendement des écosystèmes.
On peut dessiner des pyramides de biomasse ou de nombres, où chaque niveau de la pyramide a une surface proportionnelle à la masse totale d'individus ou au nombre d'individus d'une même catégorie, mais aussi des pyramides des énergies. Dans ce cas, chaque niveau correspond à l’énergie disponible pour le suivant, soit à la quantité d’énergie récoltée à chaque niveau de la chaîne alimentaire. Dans la plupart des cas, plus la pyramide est élevée, plus sa base doit être large, puisque à chaque niveau se produit une perte.
Les services rendus par les écosystèmes
Un écosystème est donc une combinaison complexe et dynamique de plantes, d’animaux, de micro-organismes et de leur environnement naturel, coexistant au sein d’un même ensemble et dépendant les uns des autre. Les écosystèmes terrestres fournissent à l’humanité des bénéfices très diversifiés connus sous l’appellation de «biens et services écosystémiques». Disponibles gratuitement en dehors de tout marché, leur véritable valeur à long terme n’est pourtant pas comprise dans les estimations économiques de la société. Quatre sortes différentes de services, tous indispensables à la santé et au bien-être humains ont été identifiés :
- les services d’assistance ou de soutien : formation du sol, photosynthèse et recyclage des substances fertilisantes, en l’absence desquels il n’y aurait ni croissance ni production. Ce sont les services qui assurent le maintien des conditions favorables à la vie sur Terre.
- les services d’approvisionnement : matières et matériaux fournis à l’homme par les écosystèmes, comme la nourriture, l’eau potable, les matériaux de construction, les combustibles, les fibres naturelles, etc.
- les services de régulation : régulation du climat et des précipitations, épuration de l’eau, prévention des catastrophes naturelles…
- les services culturels : beauté, inspiration, récréation et bien-être spirituel.
Les services écosystémiques dépendent tous de la biodiversité, qui augmente la capacité des écosystèmes à réaliser leurs services écologiques.
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