Fonctionnement_global_des_Ecosystemes.ppsx

‫الشعبية‬ ‫الديمقراطية‬ ‫الجزائرية‬ ‫الجمهورية‬
République Algérienne Démocratique et Populaire
‫العلمي‬ ‫البحث‬ ‫و‬ ‫العالي‬ ‫التعلـيم‬ ‫وزارة‬
Ministère de l’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique
‫الشـلف‬ ‫بوعلي‬ ‫بن‬ ‫حسيـبة‬ ‫جامعـة‬
Université Hassiba Benbouali de Chlef
‫الحياة‬ ‫و‬ ‫الطبيعة‬ ‫علوم‬ ‫كلية‬
Faculté de Sciences de la Nature et de la Vie
Présenté par: Dr. N. BELMILOUD

Semestre : 6
Unité d’enseignement fondamentale 1 (UEF 3.2.1)
Matière 1 : Fonctionnement global des écosystèmes
Crédits : 6
Coefficient : 3
Objectifs de l’enseignement :
A l’issue de cet enseignement, l’étudiant sera capable d’étudier l’écosystème et leur fonctionnement.
Connaissances préalables recommandées
Avoir des notions fondamentales l’écosystème, le fonctionnement de l’écosystème et le rythme biologique de l’écosystème.
Contenu de la matière :
I- Notions de Biocénose et d’Ecosystème
II- Les Ecosystèmes dans le Monde
III- Les Ecosystèmes en Algérie
IV- Les principaux écosystèmes
V- Fonctionnement des écosystèmes
1-Diversité fonctionnelle des écosystèmes
2-Biomasse et productivité des écosystèmes
3- Caractéristiques des populations et des peuplements
4- Les réactions intra- spécifiques et inter - spécifiques
VI- La structure trophique des biocénoses
VII- Les règles écologiques
VIII- Les rythmes biologiques
Mode d’évaluation :
Compte rendu et Examen semestriel

Définition de l’écologie :
L’écologie, est une science dont l’objet est l’étude des interactions des êtres
vivants (la biodiversité) avec leur environnement et entre eux au sein de cet
environnement (l’ensemble étant désigné par le terme « écosystème »).
Par extension, l’écologie désigne également un mouvement de pensée
(l’écologisme ou écologie politique) qui s’incarne dans divers courants dont l’objectif
commun est d’intégrer les enjeux environnementaux à l’organisation sociale,
économique et politique. Il s’agit à terme de mettre en place un nouveau modèle de
développement basé sur une transformation
radicale du rapport activité humaine/environnement.

actuellement, l’écologie est définie comme étant la science qui étudie
les conditions d’existence des êtres vivants et les interactions
de toutes natures qui existent entre ces êtres vivants d’une
part et entre ces êtres vivants et leur milieu, d’autre part. Il
s’agit donc, de la science de l’organisation de la Nature, de ses
mécanismes et de l’interaction de ses parties.
Il existe généralement trois types de rapports :
•influence des facteurs du milieu sur les êtres vivants,
•influence et activités des êtres sur le milieu,
•influence des êtres vivants entre eux.
La corrélation entre ces trois types de rapports est très étroite et il est
difficile de les séparer.

L’écologie apporte les connaissances nécessaires pour cerner les problèmes
environnementaux, les comprendre et les résoudre
Exemples :
 Perte d’habitat
 Espèces envahissantes
 Surexploitation des espèces
 Pollution
 Réchauffement climatique
L’écologie requiert beaucoup de connaissances
En génétique, en biochimie, en physiologie, Botanique, Zoologie, en chimie, en
géologie, en pédologie, climatologie, en physique, en mathématiques…

Quelques problèmes écologiques
1. Perte d’habitat
 activités agricoles (culture, élevages), industries d'extraction (mines, carrières,
sablières, coupes forestières, pêcheries, et cueillettes)
 développement (établissements humains, installations industrielles et infrastructures) sont
les trois causes majeures de la perte et la fragmentation d’habitats.
L’Amazonie est la plus grande forêt tropicale avec environ 4 millions de km2. le
« poumon de la planète » elle fournit une partie de l'oxygène que nous respirons. Elle souffre
d’un grave problème de déforestation, quelques 160 km2 disparaissent chaque jour.

2 Espèces envahissantes
L’introduction d’espèces exogènes par l’homme est responsable d’un problème écologique
majeur. L’homme a introduit volontairement des espèces animales et végétales dans des
lieux où elles n’existent pas réellement pour des raisons multiples (agriculture). Ces espèces
peuvent alors devenir envahissantes et provoquer de multiples nuisances sur les
écosystèmes. Exemple : Le Mimosa (du genre Acacia) d’espèces exogènes originaire
d’Australie, introduite dans la région d’El Kala, en Algérie. C’est une espèce très
compétitive, elle se multiplié rapidement et occupe les espaces au détriment du chêne
liège .

3. Surexploitation des espèces
L'exploitation, qui inclut la chasse, la cueillette, la pêche, ainsi que le commerce des
espèces sauvages, représente une menace importante.
Exemple : Thon rouge de la Méditerranée est une espèce très prisée (appréciée) très
utilisé dans l'industrie de la conserve. En effet,
elle a été victime d’une pêche intensive pour répondre
à une forte demande émanant notamment du Japon,
qui achète 80% du thon provenant de la Méditerranée.
les stocks ont diminué de plus de 60% en 50 ans.

1.1.4 Pollution
Elle se manifeste par la pollution des eaux, des sols et de l’atmosphère,
Exemple : Bioaccumulation des pesticides

5; Réchauffement climatique
réchauffement climatique est une augmentation de la température moyenne à la
surface de la terre, dû aux rejets de gaz à effet de serre et principalement les émissions
de CO2, à cause des activités humaines. Il est responsable de la fonte des glaces
observée aux pôles et en altitude, la fonte des glaces, élévation du niveau des mers,
sécheresses, inondations…

2. La Chaine alimentaire:
caractérise une suite de relations alimentaires existant entre les êtres vivants chaque
être vivant mange celui qui le précède. Il existe autant de chaînes alimentaires que de
milieux.
Elle se divise en 3 catégories d'êtres vivants:
 les producteurs, souvent des végétaux, mais plus généralement le réseau
autotrophe,
 Les consommateurs : les herbivores, les carnivores primaires (qui se nourrissent
d'espèces herbivores) et les carnivores secondaires (qui se nourrissent de
carnivores primaires).
 Les décomposeurs, qui englobe les champignons et bactéries, a pour rôle de
dégrader la matière organique générée par les deux autres catégories.
Cette chaîne maintient l'équilibre de l'écosystème : les producteurs fournissent les
éléments dont ont besoin les consommateurs, et les décomposeurs dégradent
les matières organiques des deux autres catégories.

2.1. Réseau trophique:
Un réseau trophique est un ensemble de chaînes
alimentaires reliées entre elles au sein
d'un écosystème et par lesquelles l'énergie et
la biomasse circulent (échanges d'éléments tels que le
flux de carbone et d'azote entre les différents niveaux
de la chaîne alimentaire, échange de carbone entre les
végétaux autotrophes et les hétérotrophes).

3. Différentes échelles organisation (de la vie)
Rappel: Ecologie Etudes des interactions entre des êtres vivants et leurs environnements à différentes
échelles .

3.1. Biosphère
La Terre, du point de vue écologique, est constituée de plusieurs couches :
-hydrosphère:les océans, le milieu aquatique ;
- lithosphère : couche la plus superficielle de l'écorce terrestre ;
- atmosphère : bulle de gaz entourant la terre.
La biosphère est la partie de notre planète où la vie s'est développée : couche
superficielle très mince qui comprend l'hydrosphère, la couche la plus basse de
l'atmosphère et la lithosphère (sens donné par les écologistes).
Une autre interprétation désigne la biosphère come l'analyse systémique des
phénomènes naturels.

La biosphère contient de grandes quantités d'éléments
indispensables à la vie tels que le carbone, l'azote, l'oxygène,
l'eau, le phosphore, le calcium, le potassium,
La biosphère et en particulier la végétation, que ce soient la
forêt (terrestre) ou le phytoplancton (marin) influencent
considérablement la composition en gaz de l’atmosphère
(vapeur d’eau, gaz carbonique, oxygène et méthane en
particulier).

3.2. biome :
Ecosystèmes terrestres ou aquatiques caractéristiques de grandes zones
biogéographiques soumises à un climat particulier.
Exemples : savane africaine, désert, forêt équatoriale, toundra, ... .
une des principales communautés, animales et végétales, classées
en fonction de la végétation dominante et caractérisées par les
adaptations des organisme à leur environnement spécifique
(Campbell-1996) »
Il est l'expression des conditions écologiques du lieu à l'échelle
régionale ou continentale : le climat qui induit le sol, les deux
induisant eux-mêmes les conditions écologiques auxquelles vont
répondre les communautés des plantes et des animaux du
biome en question.

il existerait deux grands types de biomes,
1- les biomes terrestres au nombre de 14,
2- les biomes aquatiques qui sont plus difficiles à définir dans
l'espace.
Exemples de biomes : Toundra, Taïga et foret de conifère tempérée
Définir la limite de chaque biome
La zonation de la surface du globe relève de la mise en relation de
2 types de paramètre :
1- les facteurs climatiques qui peuvent se définir par le régime des
précipitations et les variations de température sur une année.
2- les formations végétales dominantes

Climats et formations végétales dominantes
Taïga scandinave
(banque nationale de photos en SVT)

3. Ecosystème
il s’agit d’un ensemble d’être vivants qui vivent au sein d’un milieu ou d’un
environnement spécifique et interagissent entre eux au sein de ce milieu et
avec ce milieu. Les éléments constituant un écosystème développent un
réseau d’échange d’énergie et de matière permettant le maintien et le
développement de la vie.
Par exemple, une forêt tropicale est un écosystème constitué d’êtres vivants
(arbres, plantes, insectes, animaux, micro-organismes) qui sont en constante
interaction.
Écosystème est composé de deux éléments la biocénose qui est l'ensemble
des êtres vivants et le biotope qui est le milieu.

 Biocénose: est l’ensemble des organismes qui vivent ensemble (zoocénose,
phytocénose, microbiocénose, mycocénose…). Elle est composée de trois
catégories d’êtres vivants : les producteurs, les consommateurs et les
décomposeurs.
 Biotope: est caractérisé par un certain nombre de facteurs qui sont
essentiellement des facteurs abiotiques (qui ne dépendent pas des êtres
vivants), parmi lesquels on distingue des facteurs physiques et d’autres
chimiques :
- Facteurs physiques:
Facteurs climatiques (Précipitations,Température,Luminosité,Vents,Humidité
relative,)
Facteurs géographiques,
Facteurs édaphiques (sol)
- Facteurs chimiques:
*Teneur en oxygène,
*Teneur en sels minéraux,
*PH, …

La notion d'écosystème est multiscalaire (multi-échelle), c'est
à dire qu'elle peut s'appliquer à des portions de dimensions
variables de la biosphère; un lac, une prairie, ou un arbre
mort… Suivant l’échelle de l’écosystème nous avons :
- un micro-écosystème : exemple un arbre ;
- un méso-écosystème : exemple une forêt ; -
- un macro-écosystème : exemple une région.

4 ;Communautés
Les organismes vivants s’organisent
naturellement en associations(animales ou
végétales) partagent un environnement commun.
Ces organismes sont liés directement
ou indirectement par des relations trophiques
(proie et prédateur).
5; Population
Une population désigne l'ensemble des individus
d'une même espèce
6; Individu
un individu est un élément d'un ensemble,
généralement appelé « population »

2. Environnement:
correspond au cadre de vie, qu'il soit d'origine naturelle ou construit par l'homme. Il fournit
de nombreuses ressources dont l'homme a besoin pour son existence et son bien-être, tout
en étant simultanément une source de nuisance et d'inquiétude pour ce qui touche de près
ou de loin à sa santé et à ses biens.
un environnement naturel et un environnement lié à une action anthropique (reboisement).

II- Les Ecosystèmes dans le Monde
le classement le plus largement utilisé est celui qui est réalisé à partir
du biotope, autrement dit le milieu. Par exemple, le milieu marins donne les écosystèmes
océaniques. Un biotope (ou milieu) se décompose en autant d'écosytèmes qu'il y a de
groupes d'êtres vivants y vivant en communauté.

Les grands écosystèmes
Les écosystèmes terrestres ;
les écosystèmes aquatiques

Les écosystèmes terrestres :
Un écosystème comprend une composante biotique (les animaux, les végétaux…) et une
composante abiotique (atmosphère, climat, sol…).
 La forêt tropicale ;
 Le désert ;
La forêt tempérée ;
 les prairies ;
 La Forêt boréale (ou Taïga).
1. La forêt tropicale :
C’est le biome le plus riche de notre planète. Les pluies abondantes combinées aux fortes
chaleurs ont constituées cet écosystème à la végétation très diversifiée. La végétation se
divise en 3 strates arborescentes qui sont: les arbres géants, les arbres de grandes tailles et
les arbres plus petits. La faune y est riche et diversifiée.

TableauN°01 :La flore et la faune d'écosystèmes forestiers tropicaux) :

2. Le désert:
Les déserts se caractérisent par la rareté des
pluies et le peu d’êtres vivants qui y vivent.
Il y a des déserts chauds, où il fait très chaud
pendant la journée et très froid pendant la
nuit, où vivent par exemple des animaux
comme le chameau et des plantes comme les
cactus.
Dans les déserts froids, en revanche, il fait très
froid durant la journée et la nuit et y vivent,
par exemple, des animaux comme les
pingouins et les ours polaires. (Op.cit.
Anonyme1.2014)

Tableau N°02: La flore et la faune du désert)

3. La foret tempérée:
1 - La forêt tempérée humide (ombrophile) ;
2 - la forêt tempérée « mixte » (feuillus et conifères) et « caduque » ;
La plupart de ces forêts se trouvent dans des climats océaniques
humides, La forêt tempérée humide est un type de forêt tempérée
sempervirente, composée de conifères ou de feuillus qui ne perdent
pas leur feuilles en hiver (sempervirent : toujours vert).

Tableau 4: La flore et la faune de la forêt tempérée :

4.La Forêt boréale (ou Taïga) :
La région boréale, le plus vaste biome de la Terre, comprend l’un des trois grands types
de forêt de la planète.
La zone limitrophe sud renferme, à l’est, la forêt mixte du sud de l’écozone du bouclier
boréale et, à l’ouest, l’écozone de transition de la prairie-parc.
 La Flore:
Les arbres les plus répandus sont des conifères (mélèzes, épicéas, pins et sapins). On y
trouve également des feuillus (bouleaux, saules, peupliers, sorbiers).
(Op.cit.Anonyme8.2006)
 La Faune:
Nombreux oiseaux (grives qui émigrent vers cet habitat pour tirer profit des longues
journées d'été et de la nourriture abondante en insectes, des aigles, des busards...) Peu
de mammifères peuvent faire face aux durs hivers. Mais, on trouve des élans, des lynx,
des castors, des lièvres, des lemmings, le caribou, des gloutons, des martres,... .(Op.cit.
Anonyme8.2006)

5. Les prairies:
C’est un milieu complexe du à la grande diversité
des conditions climatiques en fonction des
régions où l‘on retrouve la prairie ou la steppe.
(AP.2014)
En effet, certaines prairies connaissent des périodes
de sécheresse plus importantes que
d’autres, alors que les pluies sont mieux réparties
pour certaines.
L’absence d’arbres favorise les pertes en eau des
plantes par le vent, ce qui entraine une
rareté de l’eau d’autant plus importante.
La végétation des prairies est diversifiée et change
au fil des saisons.
La faune: est composée de grands herbivores, de
rongeurs fouisseurs et de nombreux insectes
(sauterelles et nématodes notamment).

Tableau N°05 : Comparaison des écosystèmes terrestres :

Les écosystèmes aquatiques:
Il existe une très grande variété d’écosystèmes aquatiques continentaux que l’on peut
regrouper en trois grands types suivant que :leurs eaux sont stagnantes, courantes ou
souterraines.
-Les milieux aquatiques aux eaux stagnantes :sont les lacs, grandes étendues d’eau libre
à l’intérieur des terres,)
-Les milieux aux eaux courantes: sont tous les torrents, ruisseaux, rivières et fleuves
dont les eaux sont manifestement en mouvement le long des pentes.
- Les milieux aquatiques souterrains: sont le plus souvent des nappes d’eau imbibant le
sous-sol. Ce sont aussi parfois de véritables cours d’eau disparaissant dans des galeries
souterraines.

La flore et la faune des milieux aquatiques :
Les espèces vivantes les plus petites, le plus souvent de taille microscopique et donc
invisibles à l’oeil nu, vivent en suspension dans l’eau, souvent près de la surface, flottant
au gré des courants.
Elles forment le plancton : le plancton végétal phytoplancton, qui est le premier maillon
de la chaîne trophique, et le plancton animal appelé zooplancton.
De nombreux autres végétaux de tailles plus conséquentes et visibles à l’oeil nu se
développent dans les écosystèmes aquatiques continentaux de faibles profondeurs.
Certains flottent sur des étangs, ou dérivent avec les courants comme certaines algues
dans les cours d’eau. D’autres sont fixés au sol comme les roseaux ou les nénuphars
dont les feuilles flottent en surface.
Les animaux quant à eux, invertébrés, et des vertébrés tels que poissons, mammifères,
oiseaux, insectes, reptiles ou amphibiens en tout genre (CNRS )

On Algérie on dénombre 6 types d’écosystémes:
*Les écosystèmes marins et côtiers.
*Les écosystèmes des zones humides.
*Les écosystèmes montagneux.
*Les écosystèmes Les forestiers.
*Les écosystèmes Steppiques.
*Les écosystèmes sahariens.
Les Ecosystèmes en Algérie

1.Les écosystèmes marins et côtiers:
1600km du littorale, 3183 espèces dont 3080 ont été confirmées après
1980, cette richesse comporte entre 720 genres et 655 familles , la flore
marine est estimée à 713 espèces regroupées dans 71 genres et 38
familles, si l’on rajoute la végétation littorale et insulaire, la faune
omithologique marine et littorale, la biodiversité totale connue de
l’écosystéme marin côtier algérien est de 4150 espèces.

2. Les écosystèmes des zones humides:
1.700 zones humides ont été répertoriées en Algérie, dont la situation varie,
d'une région à l'autre, entre vierges, polluées et moins polluées.
Parmi ces 1.700 zones humides répertoriées, 526 zones ont été limitées
géographiquement, 280 zones humides naturelles et 246 zones humides
artificielles consistant en des barrages.
Exmple: des oasis de Tamentit à Béchar, du lac Tolga à El Tarf, du barrage de
Boukara à Tissemsilt, du lac de Réghaia à Alger, Dhaya Elmersi à Oran, du lac
Sidi M'hamed Ben Ali à Sidi Bel Abbès et de Chatt El Hodhna à M'sila.
-intègrent 39 espèces de poisson d’eau douce dont 2 endémiques. La flore
représentée par 784 espèces végétales aquatiques connues .

3.Les écosystèmes montagneux:
• Le Tell : cette zone rassemble des chaînes et des chaînons montagneux en
un vaste bourrelet littoral grossièrement parallèle aux chaînes sud
atlassiques.
• Les hautes plaines : elles constituent une bande de hautes terres en
position déprimée par rapport aux chaînes sud atlassiques et au tell. La
cuvette et la chaîne du Hodna séparent les hautes plaines constantinoises
dont l’altitude moyenne est de 800 m au Nord Est.
• L’Atlas saharien : est formé par des chaînons orientés Sud-Ouest.
L’élargissement de certaines dépressions et leur réunion en larges couloirs
méridiens délimite trois secteurs.

- A l’Ouest les monts des Ksours :ont des formes diverses et dominent à
près de 2 100m. Deux vastes dépressions axées sur les oueds Krada et
Ghassoul les séparent du massif du Djebel Amour dont la zone centrale
(Aflou) est bordée par des crêtes alternant avec des dépressions.
- Au delà du couloir Zenina-Tadjemount commencent les monts des Ouled
Naïl, ils présentent une topographie plus aérée, des crêtes et des chaînons
étroits dominent de vastes cuvettes, les altitudes diminuent (1500 m)
- A l’Est du pays l’Atlas saharien se termine par les massifs des Aurès et des
Nememcha. Au Sud, l’Atlas saharien se termine par les monts du M’Zab où
la chaîne se rétrécit et s’abaisse de façon sensible.

L’ Algérie recèlent une diversité biologique importante Parmi les espèces
de:
- flore: L’Algerie compte un grand nombre d’arbres et d’arbustes, sur 70
taxons arborés de la flore spontanée (QUEZEL et SANTA,1962), 52
espèces se rencontrent dans les zones montagneuses.
Dans la partie sud, les massifs du Sahara central se composent de 3
éléments floristiques d’origines biogéographiques différentes:
- saharo-arabique,
- méditerranéenne confinée aux altitudes supérieures à 1500m et
- tropicale localisées dans les oueds et les vallées environnantes.

4. Les écosystèmes Steppiques :
La steppe algérienne est située entre les isohyètes 400 mm et 100 mm
dans l’Algérie du Nord.
Elle couvre l’ensemble des hautes plaines (1000 à 14000m d’altitude) sur
une superficie de 20 millions d’hectares entre la limite sud de l’Atlas Tellien
et le piémont sud de l’Atlas Saharien (Fig.1).
Sauf dans les zones basses au niveau
des chotts, Zahrez et sebkhas (<800m).
Fig. 1. -Limites de la Steppe algérienne.

se caractérisent par une diversité biologique appréciable, fruit d’une adaptation
millénaire aux conditions agro climatiques particulièrement difficiles des ces régions.
- La végétation steppique: est dominée par des plantes vivaces adaptées à la
sécheresse et notamment des graminées pourvues des tiges souterraines (rhizomes)
et qui forment de grosses touffes tel que l'Alfa (Stipa tenacissima) (Sengui et
Medjahed, 1999). Pour les auteurs russes (1978) in Yousfi (1997) les steppes Nord
africaines ne sont pas des steppes vraies mais des «prédésert» à cause de leurs taux
de recouvrement qui est inférieur à 30 % (entre 20 et 30 %).

5.Les écosystèmes forestiers:
La superficie forestière actuelle est estimée entre 3,2 millions d’hectares
et 4 millions d’hectares selon les sources. Seuls 1,3 millions représentent
la vraie forêt naturelle, le reste étant constitué par des formes de
dégradation – maquis et garrigues – des reboisements.
Il se caractérise par la présence des groupements :
- A pin maritime (Pinus pinaster), à thuya (Tetraclinis articulata), à chêne
liège (Quercus suber ), à pin d'Alep ( Pinus halepensis ), à chêne vert
(Quercus ilex), à cèdre de l'atlas ( Cedrus atlantica ) , à sapin de numidie
(Abies numidica ).

6.Les écosystèmes sahariens:
Le désert du Sahara algérien couvre les 4/5 du territoire. Il touche 9 wilayas
du sud et présente une grande diversité de formes :
-une zone montagneuse centrale : le massif du Hoggar (Mont Tahat : 3 003
m) et des Tassilis,
- des dépressions périphériques du Tanezrouft à l’Ouest, de Tidikelt au Nord
et du Ténéré au Sud Est ;
- une zone septentrionale limitée au Nord par les rides montagneuses de
l’Atlas saharien,
les deux grands Ergs Oriental et Occidental séparés par le plateau rocheux
du Tademaït.

- Sur le plan floristique , l’écosystéme saharien referme 2800
taxon avec un fort taux d’endémisme.
Outre les recensements e les prospections effectuées par le
passé de nouveaux taxons sont découverts dans le cadre des
travaux de recherche et de prospection.
- Dans le domaine faunistique, les oiseaux et les mammifères a
l’interieur des limites géographiques des parcs nationaux du
tassili N’ajjer (Wilaya d’iLLIZI) et de l’Ahaggar (wilaya de
Tamanrasset). La présence du Guépard a été confirmé en Algérie

Fonctionnement des écosystèmes
Qu’est-ce que le fonctionnement d’un écosystème ?
Le fonctionnement d’un écosystème est traditionnellement défini comme l’ensemble
des processus liés aux flux de matière et d’énergie dans cet écosystème :
apports, transferts (production, recyclage) et pertes de matière et d’énergie au sein
de l’écosystème.
*Un écosystème naturel est constitué d’un biotope et d’une biocénose : son
fonctionnement est permis par la productivité primaire photosynthétique, c’est-à-dire
la production de MO végétale par unité de surface et de temps : elle dépend de
l’énergie lumineuse convertie en énergie chimique (sucres, lipides, protéines, acides
nucléiques comme l’ADN, vitamines) dans la MO depuis H20, sels minéraux et CO2, en
présence de chlorophylles : il y a un flux de matière et d’énergie le long des chaînes
alimentaires. Dans un écosystème naturel, il y a un équilibre dynamique : gain et perte
de matière s’équilibrent.

Comment caractériser la structure d’un écosystème ?

Écosystème
Structure Fonctionnement
Autotrophes
●Biomasse végétaux
●Production Iaire
●Assimilation
●Respiration
●Flux d’énergie
Hétérotrophes
●Biomasse
●Production IIaire
●Assimilation
●Respiration
●Flux d’énergie
Spatiale
●Régulière
●Agrégative
●Au hazard
Verticale
●Stratification
●Etagement
Temporelle
● Heure
●Mois
●Année
●Long termes
Température
Lumière
Courants
Salinité
Nutriments
Oxygène
Sédiments
Pollutions
Plancton
●Phytoplancton
●Zooplancton
●Bactéries
Necton
●Poissons
●Céphalopodes
●●●
Benthos
●Phytobenthos
●Zoobenthos
l’Homme
Flux d’énergie Cycle de la matière
Biogéochimie
Distribution
des populations
Composants
biotiques
Composants
abiotiques
Eau
Carbone
Phosphore
Azote
Fer
Silicium
Soufre
Décomposeurs
●Biomasse bactéries
●Production
l’Homme
Schéma simplifié de la structure et du fonctionnement des écosystèmes

Changements de la structure et du fonctionnement des écosystèmes
En 2000, les systèmes de cultures couvrent 25% de la surface terrestre
En couleur marron, les territoires où 30% des espaces sont cultivées : cultures et
aquaculture terrestres

Déficience des réserves en eau
La demande à long terme en eau ne subvient qu’à 5-25%
15 - 35% des prélèvements d’irrigations excèdent le taux des apports
Déficit d’irrigation

Disponibilité de l’eau
En 2050, la disponibilité global
de l’eau augmente de 5–7%
Water Withdrawals in 2050
under MA Scenarios
Selon la projection, la
demande en eau s’accroît de
30% à 85%
La déficience sera de
l’ordre de 23% à 80%

INTERACTIONS DES COMPOSANTS
DE L’ÉCOSYSTÈMES.
ELEMENTS DE FONCTIONNEMENT

L’Énergie traversant les écosystèmes provient de l’énergie solaire
La première Lois de la thermodynamique est la loi de conservation de l’énergie, mais
elle gouverne aussi la conservation de la matière en énergie.
Cette énergie passe à travers une série de stockage dans diverses voies, avant de
retourner finalement à l’espace comme énergie radiative.
Deux Lois fondamentales gouvernent tout transfert d’énergie : la première et la
seconde Lois de la thermodynamique.
Elle énonce simplement que dans tout transfert d’énergie, l’énergie totale est
inchangée. L’énergie n’est ni crée ni détruite.
L’énergie est toujours convertie en une forme moins concentrée ou dissipée sous forme
de chaleur. L’entropie est une mesure du degré d’organisation. Forte entropie signifie
forte désorganisation.
La seconde Loi dénommée Loi de l’entropie, est un peu moins évidente que la première. Elle énonce
que dans chaque conversion d’énergie d’une forme en une autre, la conversion est inefficiente.

La photosynthèse: est une stimulation de réactions chimiques qui transforment H2O et
CO2 en hydrocarbone (CH2O)n, avec libération d’O2 comme sous-produit
métabolique. Dans cette production de matière organique primaire, il y perte
d’énergie radiative par les feuilles des plantes ou cellules phytoplanctoniques, perte
d’eau, aussi la respiration convertit l’énergie d’aliment en chaleur (énergie
calorifique).
En définitive, seulement environ 1% ou un peu moins de l’énergie solaire incidente est
convertie en biomasse végétale ou en énergie
• Les groupes électrogènes fournissent un autre exemple.
• Seulement environ 35% de l’énergie consommée est convertie en énergie électrique.
• Une certaine quantité de chaleur est perdue dans l’échappement, dans
l’environnement immédiat par friction dans les partie en mouvement. Le reste est
dissipé sous forme de chaleur.
• Cette dissipation d’énergie est un exemple d’entropie.

La source d’énergie ultime traversant les écosystèmes est l’énergie solaire

Pyramide schématique de la biomasse et du flux de matière (recyclage d’éléments) et de l’énergie
(chaleur et énergie transférée dans la chaîne trophique)
Producteurs primaires (phytoplancton) 1000 000 kg
Zooplancton herbivore 100 000 kg
Carnivores Iaires (sardines, anchois) 10 000 kg
Carnivores IIaires (thonidés) 1 000 kg
Carnivores IIIaires (requin) 100 kg
1/10
Dans la nature, le rendement écologique varie de 5% à 20% de l’énergie disponible entre niveaux trophique
successifs (perte de 95% à 80%). Environ 10% d’efficience est la règle générale.

Pn-1
A
W
Pn
R
I
Non consommée
14
70
120
56
800
1000
200
Efficiences des invertébrés herbivores
I/Pn-1 = 20%
A/I = 35%
Pn/A = 20%
W= déchets
R= respiration
Flux d’énergie traversant une
population. Efficience de
consommation : In/Pn-1
I: Ingestion de la nourriture
A: Partie assimilée
W: Le reste est rejeté comme déchet
R: De l’énergie Assimilée, une partie est utilisée
pour la respiration
P: Le reste de l’énergie est alloué à la production
(croissance)

L’efficience de production varie selon le consommateurs
Modèle simple du flux d’énergie du consommateur
I: Ingestion de la nourriture
A: Partie assimilée
W: Le reste est rejeté comme déchet
R: De l’énergie Assimilée, une partie est utilisée pour la respiration
P: Le reste de l’énergie est alloué à la production (croissance)
Se basant sur ces données, on peut calculer :
L’efficience d’Assimilation A/I, rapport de l’assimilation à l’ingestion, mesure
l’efficience avec laquelle le consommateur tire l’énergie de la nourriture.
L’efficience de Production P/A, rapport de la production à l’assimilation,
mesure l’efficience avec laquelle le consommateur incorpore l’énergie assimilée
dans la production secondaire.

Efficience de production
Plant material
eaten by caterpillar
Seulement environ 1/6 de
l’énergie consommée est
utilisée pour la croissance
ou production secondaire
Respiration
cellulaire
Croissance
(Biomasse nouvelle)
Déchets
100 J 33 J
200 J
67J

Groupe P/A x 100
Oiseaux 1,26
Mammifères 2,92
Poissons 9,74
Mollusques 21,59
Crustacés 24,96
Herbivores invertébrés 18,81
Carnivores invertébrés 25,05
Efficience de production (P/A . 100) de divers groupes d’animaux marins
(d’après Humphreys, 1979)

Contribution de la production primaire nette des écosystèmes terrestres et
aquatiques
Lac et rivière
Océan
Plateau continental
Estuaire
Récifs et champs d’algues
Zones d’upwelling
Désert, roches, sable, glaciers
Subdésert
Forêt tropicale humide
Savane
Terre cultivée
Forêt boréale (taiga)
Pleine tempérée
Tundra
Forêt tropicale saisonnière
Forêt tempérée
Forêt tempérée
Marais
Forêt & scrubland
0 10 20 30 40 50 60 0 500 1000 1500 2000 2500 0 5 10 15 20 25
Pourcentage de la production
primaire net terrestre
Clés
Marine
Eau douce (ou continents)
Terrestre
5.2
0.3
0.1
0.1
4.7
3.5
3.3
2.9
2.7
2.4
1.8
1.7
1.6
1.5
1.3
1.0
0.4
0.4
125
360
1 500
2 500
500
3.0
90
2 200
900
600
800
600
700
140
1 600
1200
1 300
2 000
250
5.6
1.2
0.9
0.1
0.04
0.9
22
7.9
9.1
9.6
5.4
3.5
0.6
7.1
4.9
3.8
2.3
0.3
65.0 24.4
Figure 54.4a–c
Pourcentage de la
surface terrestre
(a)
Production primaire nette
(g/m2/an)
(b)
(c)
34,34%
65,66%

Variation géographique de la production primaire marine
• Transport de nutriments
du fond à la surface
• Apports de nutriments
terrestre
• Forte productivité le
long des régions
côtières

CYCLES BIOGEOCHIMIQUES
Eau
Carbone
Azote

Distribution de l’eau dans la terre
Le cycle hydrologique: est un ensemble de voies qui permettent le passage de l’eau de
l’atmosphère à la terre et son retour.
Océans
97%
Autre 3%
Cycle hydrologique
Glaciers, mers
intérieures
77%
Eau souterraine
22%
Autre 1% Rivières<0,1%
Humidité de
l’atmosphère &
du sol 39%
Lacs 61%
Le cycle hydrologique n’est pas comme les autres cycles biogéochimiques mais plutôt est un régulateur du
flux d’énergie et du cycle des éléments chimiques et des nutriments.

Estimation globale de l’eau salée et de l’eau douce terrestre
Un monde de sel

Cycle hydrologique
Précipitation sur les
océans (390 000 km3)
Évaporation des
océans (430
000 km3)
Écoulement (40 000 km3)
Évapotranspiration du continent (70
000 km3)
Précipitation sur le continent
(110 000 km3)
Atmosphère (13 000 km3)
Océan (1 300 000 000 km3)
Glaciers (29 000 000 km3) Rivières & lacs (230 000 km3)
Nappe (8 000 000 km3)
Remarquer que l’océan contient 100 000 fois plus d’eau que l’atmosphère.

La plupart de cet épuisement touche surtout les régions arides peuplés comme l’Asie et
le nord ouest de l’Amérique du Nord.
Autant on produit et on consomme la ressource naturelle, autant nous avons à protéger
les écosystèmes et les ressources pour les générations future.
Le prélèvement total d’eau du cycle hydrologique mondiale est de l’ordre de 3000
km3, ou 8% de l’apport total.
L’écoulement moyen du continent à l’océan a diminué de 6% par les activités
humaines.
Il n’est pas possible actuellement de gérer la ressource en eau selon les principes
écologiques strictes.

Flux de matières ou cycles biogéochimiques
D’autres cycles sont dominés par le stockage terrestre, généralement dans les roches et
les sédiments tels que les cycles de phosphore, silicium, soufre, calcium.
Ces cycles biogéochimiques sont d’une importance capitale dans la régulation des
processus naturels et affectent fortement la viabilité des ressources naturelles.
Ils constituent des moyens majeures pour le renouvellement de la ressource tirée de
l’environnement naturel.
Cycles Biogéochimiques : mouvement d’élément ou de matière (carbone, oxygène,
azote, phosphore, eau, etc) à travers l’écosystème sur une longue période de temps.
Certain cycles biogéochimiques sont dominés par une longue conservation dans
l’atmosphère, comme le cycle de l’azote.

Aussi l’usage de pesticides en agriculture contamine l’ensemble du réseau trophique.
Le cas de folie des abeilles est très démonstratifs
L’élimination ou l’introduction de substances a une implication sur la fonction des cycles
biogéochimiques
Par exemple, l’usage d’azote en tant qu’engrais augmente ce fertilisant dans le sol, les
rivières, les lacs, la mer et about à des problèmes de pollution des eaux et des
écosystèmes. S’ajoute à l’eutrophisation des écosystèmes, des problèmes de santé
humaine si l’eau de consommation était surchargée en nitrate
Les activités humaines affectent ces cycles et étendent leurs effets au delà de l’impact
spatiotemporel immédiat.
Les cycles biogéochimiques servent ainsi comme conduits d’énergie et de matière d’une
partie à une autre de l’environnement
On expose dans ce programme d’enseignement 4 cycles biogéochimiques important :
Carbone, Azote, Phosphore et le cycle hydrologique.

Réservoirs et flux du Carbone
Réservoirs Tonnes de C
x 109
Roches 8 x 107
Océan 38 000
Sols 1 500
Atmosphère 725
Végétaux 560
Combustibles fossile 5 000
Flux Tonnes de C
x 109
Absorption océanique 1.6
Photosynthèse 60
Respiration 60
Combustibles fossile 6
Usage terrestre 0.9
D’après Schlesinger 1997
Cycle du carbone

Changement du cycle du carbone
Augmentation moyenne annuelle
d’environ 1,2 ppm

Le méthane, gaz à effet de serre
Moyenne globale
Croissance globale
Année

Distribution des formes de l’azote dans l’atmosphère, l’océan et le
continent

Sources naturelle et anthropique de l’azote gazeux à effet de serre

Évolution de l’azote nitreux à effet de serre dans l’atmosphère au cours du dernier
millénaire en particulier de 1977 à 2000
Année
Année

Cycle interne de l’azote
N2
N végétal N
bactérien
Fixation Rhizobium,
azotobacter, Cyanobactéries
NO2
-
Nitrite
N2O oxyde
nitreux
Dénitrification
Pseudomonas
Conditions
anoxiques
Excrétion
NH4
+
N animal
N détritus
NO3
-
Nitrification
Nitrosomonas
Nitrosoccocus
Nitrification
Nitromonas
Nitroccocus
NO2
-
N2O
Production
d’énergie
consommation
d’énergie
Conditions aérobie
Ammonification

2.Biomasse et productivité des écosystèmes
Pour chaque niveau de l’écosystème ( producteurs primaires, producteurs secondaires
herbivores, producteurs secondaires carnivores), on détermine:
-La biomasse (masse de tous les individus présents à un instant donné),
-la productivité :la quantité de biomasse produite par unité de surface pendant une
unité de temps, ce qui équivaut à la production primaire nette annuelle. La productivité
est évaluée en réalité par le rapport entre la production pendant un temps donné et la
biomasse présente dans le milieu.
Productivité = P/B
Elle s’exprime en une unité qui est l’inverse d’un temps (t–1).

La pyramide des biomasses:
Elle représente pour chaque niveau trophique la biomasse correspondante (biomasse
sèche). Les pyramides des biomasses accordent la même importance à des tissus ayant des
valeurs énergétiques différentes

Les organismes d’un écosystème établissent entre eux des interactions
biotiques :
- des interactions interspécifiques, entre organismes d’espèces différentes ;
- des interactions intraspécifiques, entre individus appartenant à une
même espèce.
Interactions intraspécifiques et interactions interspécifiques
Il existe une multitude de relations entre les différentes espèces d’un
écosystème, de l’union à l’antagonisme. Les principales interactions
rencontrées sont la compétition, l’herbivorie, la prédation, le parasitisme et le
mutualisme.

La symbiose : relation écologique obligatoire à bénéfices
réciproques.
Exemples
l'association entre une algue et un champignon, formant les lichens ;
l'association entre les racines d'un arbre et d’un champignon (ex :bolet du chêne).
Dans les deux cas, l'espèce (algue, arbre) procure les sucres à l'hétérotrophe
(champignon), qui lui procure l'eau et les ions minéraux.

Le mutualisme : association non obligatoire à bénéfices
réciproques.
Exemples
le petit crabe qui vit dans la moule reçoit protection et nourriture, tandis que
l'intérieur de la moule est nettoyé par le crabe. Cependant, l'un et l'autre peuvent
vivre séparés.

Le commensalisme : association dont un seul tire profit, sans
pour autant nuire à l'autre.
Exemples
le chacal vient se nourrir des restes de proie laissés par les lions.

Le parasitisme est une association étroite entre deux espèces
dont l'une, l'hôte, héberge la seconde qui vit à ses dépens.
Exemples
certains parasites sont externes (la tique du chien) d'autres internes (le ténia).
Certains s'installent durablement, d'autres non.

La compétition concerne deux espèces qui recherchent la même
ressource, dans la même niche écologique.
Exemples
la compétition des plantes herbacées pour la lumière en milieu forestier.

Le neutralisme, ou l'indifférence, est une absence d'interaction.
Exemples
les chamois, les bouquetins et les mouflons dans le Mercantour.
Interaction du milieu et des êtres vivants
Les réactions des êtres vivants face aux variations des facteurs physico-chimiques du
milieu intéressent la morphologie, la physiologie, le comportement.
Les êtres vivants sont éliminés totalement, ou bien leurs effectifs sont fortement
réduits lorsque l’intensité des facteurs écologiques est proche des limites de tolérance
ou les dépasse.

1.Différents types de chaînes trophiques
Il existe trois principaux types de chaines trophiques linéaires :
•Chaîne de prédateurs
Dans cette chaîne, le nombre d’individus diminue d’un niveau trophique à l’autre, mais leurs tailles
augmentent (règle d’Elton énoncée en 1921).
Exemple : (100) Producteurs + (3) Herbivores + (1) Carnivore.
•Chaîne de parasites
Cela va au contraire d’organismes de grandes tailles vers des organismes plus petits, mais de plus en plus
nombreux (la règle d’Elton n’est pas vérifiée dans ce cas).
Exemple : (50) Herbes + (2) Mammifères herbivores + (80) Puces + (150) Leptomonas.
•Chaîne de détritivores
Va de la matière organique morte vers des organismes de plus en plus petits (microscopiques) et nombreux
(la règle d’Elton n’est pas vérifiée dans ce cas).
Exemple : (1) Cadavre + (80) Nématodes + (250) Bactéries.

www.teteamodeler.com
https://www.futura-sciences.com/sante/definitions/biologie-chaine-alimentaire-12876/
https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9seau_trophique
https://www.actu-environnement.com/ae/dictionnaire_environnement/definition/biosphere.php4
http://acces.ens-lyon.fr/acces/thematiques/paleo/paleobiomes/comprendre/quest-ce-quun-biome
http://soils.usda.gov/use/worldsoils/mapindex/biomes.html (biome)
Campbell-1996
banque nationale de photos en SVT
http://www.planete-sciences.org/enviro/archives/rnste6/ateliers/ecosystemes/ecosystemes.htm
https://www.actu-environnement.com/ae/dictionnaire_environnement/definition/biome.php4
http://micro-terra.com/ecosysteme/
(Op.cit. Anonyme1.2014)
Op.cit.Anonyme8.2006)
(AP.2014)
(CNRS )
(QUEZEL et SANTA,1962)
Sengui et Medjahed, 1999)

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