Les écosystèmes

Évolution et diversité du vivant

Présenté par Karine Dion

NIVEAUX TROPHIQUES, CHAÎNES ET

RÉSEAUX ALIMENTAIRES

Niveau trophique

Ensemble des organismes de l’écosystème qui obtiennent leur énergie à partir du même étage alimentaire.

LES ÉCOSYSTÈMES

Les niveaux trophiques d’un

écosystèmePremier niveau:

producteursSecond niveau:

consommateurs « herbivores »

Troisième niveau: consommateurs « carnivores primaires »

Quatrième niveau: consommateurs « carnivores secondaires »

LES ÉCOSYSTÈMES

Les niveaux trophiques d’un

écosystèmeLes omnivores et les consommateurs détrivores font partie de plusieurs niveaux trophiques à la fois.

Ils se nourrissent à divers étages alimentaires.

LES ÉCOSYSTÈMES

Les niveaux trophiques d’un écosystème

LES ÉCOSYSTÈMES

Chaîne alimentaire

Transfert de la nourriture d’un niveau trophique à l’autre; transfert d’énergie et de matière en « ligne droite »

LES ÉCOSYSTÈMES

Chaîne alimentaire terrestre

Ex. La chaîne de la forêt boréale

Sapin baumier

Lièvre d’Amérique

Lynx du Canada

Loup

Ver

s de

terr

e, b

acté

ries

, myc

ètes

LES ÉCOSYSTÈMES

Chaîne alimentaire marine

Phytoplancton

Zooplancton

Harengs

Thons

Dauphins

Cra

bes

http://underwaterworld.free.fr/faka/bancs_poissons_contre_jour.jpg

http://membres.lycos.fr/chiorboli/hobbies.html

http://www.ac-toulouse.fr/meteo/ventset/dauphin.jpg

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Réseau alimentaire

Ensemble de chaînes alimentaires interreliées: transfert d’énergie et de matière en zigzag.

= réseau trophique = structure trophique

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Herbivores(Lignes beiges)

Carnivores primaires(Lignes bleues)

Carnivores secondaires(Lignes mauves)

LA CIRCULATION DE L’ÉNERGIE

DANS L’ÉCOSYSTÈME (FLUX D’ÉNERGIE)

Les principaux paramètres du flux de l’énergie

Flux d’énergie C’est le transfert

d’énergie d’un niveau trophique à

l’autre.

LES ÉCOSYSTÈMES

1. Le rôle de l’énergie est de permettre d’organiser la matière minérale en matière organique.

2. La source première d’énergie de la plupart des écosystèmes est la lumière solaire.

Les principaux paramètres du flux de l’énergie

LES ÉCOSYSTÈMES

3. L’énergie circule des producteurs aux détrivores (flux unidirectionnel).

Les principaux paramètres du flux de l’énergie

4. L’énergie diminue en moyenne de 90% à chaque niveau trophique. Donc, seulement 10% de l’énergie contenue dans un niveau s ’incorpore à la biomasse du niveau supérieur.

LES ÉCOSYSTÈMES

Les principaux paramètres du flux de l’énergie

5. La chaîne alimentaire s’arrête lorsqu’il n’y a plus assez d’énergie pour maintenir un niveau trophique supérieur. L’énergie emmagasinée dans le dernier niveau finit par se dissiper.

LES ÉCOSYSTÈMES

Les principaux paramètres du flux de l’énergie

7. L’énergie est une ressource renouvelable.

6. L’énergie est non recyclable.

LES ÉCOSYSTÈMES

Causes fondamentales des pertes d’énergie

1. Ce qui est mangéSeule une fraction de la proie végétale ou animale est effectivement prélevée et dévorée par le niveau supérieur.

2. Ce qui est assimiléSeule une partie des aliments ingérés est digérée puis assimilée.

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Causes fondamentales des pertes d’énergie

3. L’efficacité relative de la respiration cellulaireSeulement 58% de l’énergie du glucose est transféré à de l’ATP, le reste est perdu en chaleur.

4. L’efficacité du transfert de l’énergie de l’ATP

LES ÉCOSYSTÈMES

Causes fondamentales des pertes d’énergie

5. L’énergie pour maintenir la vie

Une part de l’énergie des molécules d’ATP maintient le métabolisme basal de l’animal et ses activités.

http://perso.wanadoo.fr/sylviane.klein/frames/Cadre_b.htm

http://fly.hiwaay.net/~jlspence/akfight.jpg http://members.chello.be/cr46107/

LES ÉCOSYSTÈMES

LES ÉCOSYSTÈMES

http://perso.numericable.fr/~frgheusi/UPS/figures/BilanRadiatif.gif

Bilan radiatif de la Terre LES ÉCOSYSTÈMES

* 1% de la lumière visible est captée par les chloroplastes.

* 170 milliards de tonnes de matière organique / année.

Bilan radiatif de la Terre

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Productivité primaire brute (PPB) Quantité totale d’énergie lumineuse que les plantes

transforment en énergie chimique. Correspond donc à la photosynthèse.

1% de l’énergie lumineuse sous forme de lumière bleu-violet et rouge

ChloroplasteChloroplaste d’une d’une cellule végétalecellule végétale

Membranes contenant de la chlorophylle, la molécule qui capte l’énergie lumineuse

La productivité primaire

LES ÉCOSYSTÈMES

Fleur de tournesol. Auteur: Bertrand Nicolas.http://www.inra.fr/phototheque/vegetal/page.htm

PERTE D’ÉNERGIE

Productivité primaire nette (PPN) La photosynthèse – coût pour maintenir la plante en vie (respiration)

Unités de mesure : En quantité d'énergie (J/ m2/ an) En quantité de matière (g de masse sèche/ m2/ an)

La productivité primaire

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Productivité primaire nettevs

Biomasse mesurableProductivité primaire nette l’ajout de nouvelle

biomasse chaque année.

Biomasse mesurable quantité totale de végétaux qui existe dans l’écosystème et qui s’est accumulée au fil des ans.

PRODUCTIVITÉ PRIMAIRE NETTE BIOMASSE MESURABLE

Forêt Faible productivité car elle consomme une grande portion des produits de sa photosynthèse (par respiration).

Grande biomasse végétale accumulée dans ses grands arbres formés de substances difficiles à digérer.

Prairie Grande productivité car ses petites plantes respirent de façon modérée.

Faible biomasse végétale car les petites plantes annuelles sont rapidement dévorées par les herbivores.

LES ÉCOSYSTÈMES

Les facteurs abiotiques peuvent limiter, voire empêcher, la

productivité de l’écosystème

Nutriment limitant nutriment dont les producteurs ont besoin et qui est présent en faible quantité dans l’environnement.

L’azote et le phosphore sont deux nutriments limitant.

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Effet limitant du phosphore…Bassin fertilisé avec des sources inorganiques de carbone, d’azote (pas de phosphore).

Bassin fertilisé avec des sources inorganiques de carbone, d’azote et de phosphore.Le bassin est verdâtre car il est recouvert d’algues

Écran de plastique

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Productivité de quelques écosystèmes

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La productivité secondaire

Productivité secondaire Production de molécules organiques par les

consommateurs.

Taux auquel les consommateurs convertissent l’énergie chimique de leur nourriture en biomasse (rendement écologique).

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Efficacité écologique

Productivité nette d’un niveau trophique donné et celle du niveau inférieur.

Sur le 100% d’énergie disponible

d’un niveau trophique, 10%, en

moyenne, est effectivement converti

en biomasse dans le niveau suivant.

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Énergie d’un niveau trophique (KJ) X 100

Énergie du niveau trophique précédent (KJ)

Efficacité écologique

GROUPE EFFICACITÉ ÉCOLOGIQUE

Insectivores0,9 %

Les moins efficaces car ils contrôlent mal leur température et doivent manger beaucoup

Oiseaux1,3 %

Dépensent beaucoup d’énergie à voler

Grands mammifères3,1 %

L’herbe est plus difficile à digérer

Invertébrés herbivores "pas des insectes"

Par exemple, une daphnie

21 %

Ne dépensent pas d’énergie à maintenir leur Tº

Invertébrés carnivores "pas des insectes"

Par exemple, un copépode

28 %

La viande se digère plus facilement que l’herbe

Invertébrés détrivores "pas des insectes"

Par exemple, un lombric36 %

Invertébrés détrivores "insectes non sociaux"

Par exemple, une larve de Hanneton47 %

EN

DO

TH

ER

ME

SE

CT

OT

HE

RM

ES

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Pyramide écologique

Diagramme qui représente la productivité de chaque niveau trophique d’un écosystème.

Premier bloc à la base: producteurs

Deuxième bloc: consommateurs de premier ordre

Troisième bloc: consommateurs de deuxième ordre

…

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Trois types de pyramide écologique

1. Pyramide de nombre

Nb. d’individus qui occupent chaque niveau trophique et disponible pour le niveau suivant.

2. Pyramide de biomasse

Masse des organismes présents aux divers niveaux trophiques et disponible pour le niveau suivant.

3. Pyramide d’énergie

Qté. d’énergie disponible de chaque niveau trophique et disponible pour le niveau suivant.

LES ÉCOSYSTÈMES

Pyramide de nombre

LES ÉCOSYSTÈMES

Pyramide de biomasse

LES ÉCOSYSTÈMES

Pyramide d’énergie

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LE RECYCLAGE DE LA MATIÈRE DANS L’ÉCOSYSTÈME

(CYCLE BIOGÉOCHIMIQUE)

LES ÉCOSYSTÈMES

Les principaux paramètres du flux de la matière

Flux de la matière C’est le mouvement des

éléments au travers des divers organismes

et des réservoirs du milieu abiotique

pendant des temps plus ou moins long.

LES ÉCOSYSTÈMES

Les principaux paramètres du flux de la matière

1. La matière sert à construire les formes vivantes et non vivantes qui nous entourent.

2. L’étape-clé de la circulation de la matière est son recyclage après son passage dans la phase organique, pour ne pas créer de rupture de stock. La matière est recyclable.

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Les principaux paramètres du flux de la matière

3. La terre contient un stock considérable d’éléments chimiques créés au début de la formation du système solaire (C, H, S, N, etc.).

4. La matière existe en quantité « finie » ce qui implique que la matière est non renouvelable ( contrairement à l’énergie).

LES ÉCOSYSTÈMES

Les principaux paramètres du flux de la matière

5. Les éléments de matière se combinent sous des aspects différents selon le réservoir où ils se trouvent.

LES ÉCOSYSTÈMES

LES ÉCOSYSTÈMES

Les cycles biogéochimiques

1. Le cycle du carbone

2. Le cycle de l’azote

3. Le cycle du phosphore

LES ÉCOSYSTÈMES

Le cycle du carboneLES ÉCOSYSTÈMES

Le cycle du carboneLES ÉCOSYSTÈMES

Le cycle du carboneLES ÉCOSYSTÈMES

http://ecosys.cfl.scf.rncan.gc.ca/images/sch_carbone.gif

Le cycle de l’azoteLES ÉCOSYSTÈMES

Le cycle de l’azoteLES ÉCOSYSTÈMES

http://cache.eb.com/eb/image?id=6538&rendTypeId=4

http://www.bact.wisc.edu/themicrobialworld/Rhizobium.combo.jpg

http://www.essc.psu.edu/~brantley/smallAzoto.jpg

Le cycle du phosphoreLES ÉCOSYSTÈMES

L’IMPACT DES HUMAINS SUR LES

ÉCOSYSTÈMES

Déséquilibres engendrés par l’ingérence humaine

1. Destruction des habitats

2. Déforestation

3. L’agriculture

4. Substances toxiques5. Émission de CO2

6. Destruction de la couche d’ozone

7. Introduction d’espèces exotiques

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1. Destruction des habitats

Provoque la disparition de nombreuses espèces. C’est la plus grosse menace pour la biodiversité.

11 046 espèces menacées de disparaître!!

http://www.cs.iastate.edu/~jia/pictures/misc/panda.jpghttp://radio-canada.ca/tv/decouverte/47_biodiversite/ biodiversite/6a.html

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2. Déforestation

Entraîne la perte des nutriments de l’écosystème dans les eaux de ruissellement, l’eutrophisation des lacs, perte d’habitats, désertification.

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3. L’agriculture

Entraîne l’appauvrissement des sols, l’eutrophisation des lacs due aux engrais.

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3. L’agricultureEutrophisation processus naturel causé par

l’accumulation graduelle de minéraux dans le lac.

•Lac jeune

•Profond

•Pauvre en nutriments

•Peu productif ==> eau claire

•Beaucoup d'oxygène

•Vieux lac

•Peu profond (beaucoup de sédiments)

•Riche en nutriments

•Beaucoup de production (eau trouble)

•Beaucoup de décomposition qui consomme l’oxygène (peu O2 )

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4. Substances toxiquesCertaines substances toxiques subissent la bioamplification dans les chaînes alimentaires.

La concentration de DDT s’est multipliée par 10 millions

1 ppm (une partie par million)

1 ppm = 1 mg / L eau de mer

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5. Émissions de CO2

Accentuent l’effet de serre et contribuent au réchauffement du climat.

http://www.airparif.asso.fr/effets/serre.htm http://www.climatechange.gc.ca/french/images/pdf/science/image_01.jpg

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6. Destruction de la couche d’ozone

*À haute altitude (entre 10 et 40 km d'altitude), la présence d'ozone est normale et indispensable. La couche d'ozone agit comme un filtre en arrêtant les rayonnements ultraviolets (U.V.) tout en laissant passer la lumière et la chaleur nécessaires à la vie sur terre.

*À basse altitude (troposphère), la présence d'ozone en concentration importante est anormale et dangeureuse pour la santé humaine et pour l'environnement.

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7. Introduction d’espèces exotiques

Modifie la structure trophique des écosystèmes locaux en compétitionnant de façon désastreuse avec les espèces indigènes.

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