Milieu de vie & environnement

Les écosystèmes
Auteurs : Didier Pol(plus d'infos)
Résumé :
L’ensemble des êtres vivants d’un milieu donné constitue ainsi avec lui un ensemble fonctionnel. Pour qualifier cet ensemble, le botaniste anglais Arthur Tansley a proposé en 1935 le terme d’écosystème
Publication : 1 Avril 1998

Qu’appelle-t-on écosystème ?

Les espèces vivantes, en nombre considérable, ont colonisé la plupart des milieux de la planète, y compris ceux qui semblent les plus hostiles, comme les déserts, les sources d’eau très chaudes ou les eaux extrêmement salées. Pour survivre et perpétuer l’espèce, chaque être vivant dépend d’une multitude d’interactions établies avec d’autres êtres vivants ainsi qu’avec son environnement inanimé, qu’il s’agisse du sol, de l’eau, de la lumière, du climat, etc.
 


Chaque être vivant d'un écosystème dépend des interactions avec les autres êtres vivants et avec son environnement inanimé


L’ensemble des êtres vivants d’un milieu donné constitue ainsi avec lui un ensemble fonctionnel. Pour qualifier cet ensemble, le botaniste anglais Arthur Tansley a proposé en 1935 le terme d’écosystème qui correspond à l’unité écologique de base. Pour qualifier un milieu et les conditions qui le caractérisent, Tansley a également inventé le terme de biotope. Enfin, l’ensemble des êtres vivants qui peuplent un biotope donné est appelé biocénose. On peut ainsi écrire : écosystème = biotope + biocénose.

Cette simple définition recouvre cependant des réalités complexes et extrêmement variées. D’une part, les limites géographiques d’un écosystème sont parfois difficiles à tracer et elles peuvent aussi varier dans le temps. D’autre part, un écosystème donné fait souvent partie d’un ensemble plus vaste comportant plusieurs écosystèmes différents, qualifié de complexe écologique. En outre, en dehors des variations liées aux saisons, les écosystèmes peuvent être affectés par diverses fluctuations temporelles (hauteur d’eau liée aux marées, cours d’eau et mares temporaires, inondations, etc.) qui modifient la répartition des êtres vivants. Enfin, si les écosystèmes évoluent au cours du temps jusqu’à atteindre un état d’équilibre appelé « climax », ce dernier peut être aisément rompu si le fonctionnement de l’écosystème est perturbé, en particulier par les activités humaines.
 

La lumière du Soleil est la source d’énergie à la base des écosystèmes

Les écosystèmes sont caractérisés notamment par leurs réseaux trophiques, c'est-à-dire  par les réseaux complexes de relations alimentaires établies entre les êtres vivants. Ces réseaux sont traversés par un flux de matière, chaque espèce pouvant servir de nourriture à une ou plusieurs autres espèces. En dehors de quelques cas très particuliers et extrêmement minoritaires, comme les sources hydrothermales du fond des océans, tous les écosystèmes dépendent fondamentalement d’une même source d’énergie, la lumière du Soleil, car c’est la photosynthèse qui est à l’origine de la matière organique circulant d’un organisme à l’autre. La photosynthèse, réalisée exclusivement par les organismes chlorophylliens (plantes, algues, phytoplancton), utilise l’énergie lumineuse émise par le Soleil pour produire de l’énergie chimique sous forme de matière organique à partir du gaz carbonique et de l’eau.
 


La photosynthèse par les organismes chlorophylliens est à la base des écosystèmes


Parce qu’ils sont capables de produire leur matière organique à partir de précurseurs d’origine minérale, les organismes chlorophylliens sont qualifiés d’autotrophes (du grec autos, soi-même et -trophê, nourriture). Comme ils sont à l’origine de la matière organique qui circule dans les écosystèmes, on les qualifie également de producteurs primaires. Tous les autres êtres vivants sont des hétérotrophes (du grec heteros, autre et -trophê, nourriture) et sont qualifiés de consommateurs. Ils élaborent néanmoins eux aussi de la matière organique qui peut servir de nourriture à d’autres consommateurs, ce qui conduit à les considérer également comme des producteurs. Il s’agit de producteurs secondaires lorsqu'ils se nourrissent de producteurs primaires, de producteurs tertiaires s'ils se nourrissent de producteurs secondaires, etc. Enfin, certains microorganismes permettent le recyclage de la matière organique en transformant les déchets ou les cadavres en matières minérales et sont donc qualifiés de décomposeurs. Les substances résultant de la minéralisation de la matière organique, comme le dioxyde de carbone, les nitrates ou l’ammoniaque, sont recyclées lorsqu’elles sont absorbées par les producteurs primaires.
 

Relations entre producteurs primaires, consommateurs et décomposeurs dans un écosystème


La masse de matière vivante porte le nom de biomasse, mais il faut également prendre en compte la masse de matière organique morte dont le rôle est important. La biomasse varie dans de larges limites selon les écosystèmes, essentiellement en fonction des conditions du biotope. On l’évalue ainsi de quelque 20 tonnes par hectare dans les déserts à quelque 500 t/ha dans les forêts équatoriales. Dans un écosystème en équilibre, la biomasse des trois catégories d'organismes, producteurs primaires, consommateurs et décomposeurs, reste sensiblement constante au cours du temps.

La nourriture consommée par un être vivant est diversement utilisée par son organisme. Une partie sert de matériaux de construction pour la croissance et le renouvellement de l’organisme, une partie sert de source d'énergie chimique assurant le fonctionnement de l’organisme (fermentations, respiration, maintien d’une température constante chez les oiseaux et les mammifères), une partie enfin n'est pas utilisable et constitue des déchets. Enfin, comme dans toute transformation énergétique, les diverses transformations chimiques qui se produisent chez un être vivant s'accompagnent de pertes sous forme de chaleur. Finalement, seule une faible fraction de la matière organique consommée se retrouve incorporée dans les molécules organiques d’un organisme consommateur : les transferts de matière organique qui s'effectuent entre un être vivant et celui qui le mange s'accompagnent donc de pertes importantes liées au fonctionnement même des êtres vivants. Étant donné que la matière organique transférée représente l'énergie chimique potentielle utilisable par un consommateur, le flux d'énergie au sein d'un réseau trophique s'accompagne de pertes considérables. Par exemple, lorsque une vache consomme une quantité d’herbe dont l’énergie potentielle est de 3 000 kJ, on évalue l’énergie utilisée pour le fonctionnement de l’organisme et perdue sous forme de chaleur à 1 000 kJ, celle correspondant à la matière non assimilée (excréments) à 1 900 kJ et celle utilisée à l’élaboration de matière disponible pour la croissance à seulement 100 kJ.

Toutefois, dans un écosystème, si l’énergie perdue sous forme de chaleur est irrécupérable, il n'en est pas de même des déchets matériels. Le dioxyde de carbone produit par la respiration et certaines fermentations redevient disponible pour les organismes chlorophylliens, de même que les substances issues de la minéralisation des déchets organiques par les microorganismes décomposeurs. Les cadavres subissent le même sort que les déchets organiques lorsqu’ils ne servent pas de nourriture aux nombreux animaux nécrophages. Ainsi, si le flux énergétique dans un écosystème est unidirectionnel, les flux de matière constituent en revanche des cycles (cycles du carbone, de l'azote, du soufre, etc.).

Finalement, tous les êtres vivants sont interdépendants : les consommateurs dépendent des producteurs primaires, mais l'approvisionnement des producteurs primaires en substances minérales dépend aussi de la minéralisation des substances organiques provenant de tous les êtres vivants. L'entretien de ce cycle vital, dont chaque maillon a son importance, nécessite un apport d'énergie assuré par le Soleil.
 

Les relations entre les différents êtres vivants d’un écosystème sont de nature variée

Dans un écosystème, chaque espèce vivante a une place et un rôle déterminés. Elle y trouve notamment ses ressources alimentaires et son habitat, a son propre rythme d’activité et entretient des relations variées avec d’autres espèces de l’écosystème. On parle de niche écologique pour qualifier la place et le rôle uniques d’une espèce donnée dans un écosystème. Deux espèces différentes ne peuvent occuper une même niche écologique : lorsque deux espèces entrent en compétition pour une même niche, l’une des deux finit par en être éliminée. C’est pourquoi l’introduction dans un écosystème d’espèces étrangères est à proscrire : lorsqu’elles entrent en compétition avec des espèces locales occupant la même niche écologique, ces dernières risquent d’être éliminées. Ainsi, l’introduction en France d’espèces américaines d’écrevisse a conduit à la quasi disparition des espèces autochtones. De la même façon, les tortues de Floride relâchées dans la nature entrent en compétition avec la cistude, une tortue aquatique d’Europe, dont l’espèce est désormais menacée de disparition.
 


La tortue de Floride : une espèce envahissante


Les relations trophiques (alimentaires) entre les divers organismes d’un écosystème sont extrêmement complexes : le nombre d'espèces différentes constituant une biocénose peut être très important, un même être vivant peut se nourrir de différentes espèces et une même espèce peut servir de nourriture à de nombreuses espèces différentes. En outre, toutes les espèces sont susceptibles d’héberger des parasites variés qui en exploitent la matière organique et se multiplient à leurs dépens. Cependant, les relations contractées entre les espèces constituant une biocénose ne sont pas uniquement de nature alimentaire. Il peut s’agir de relations concernant la protection, le transport ou la reproduction.
Elles peuvent être facultatives, comme dans le commensalisme où une espèce profite d’une autre sans lui nuire, par exemple les moineaux et l’homme.
Dans le mutualisme l’association procure des avantages aux deux partenaires. C’est par exemple le cas entre les anémones de mer et les poissons-clowns, rendus célèbres par un dessin animé à succès. Le poisson trouve une protection au milieu des tentacules de l’anémone qu’il nettoie en retour et défend contre certains prédateurs. Des crustacés (crevettes, crabes) peuvent aussi établir le même type de relations avec l’anémone.
Les relations peuvent être beaucoup plus étroites, comme dans les symbioses qui sont également à bénéfice mutuel mais sont le plus souvent obligatoires et impliquent aussi des échanges nutritifs. Ainsi, les coraux vivent en symbiose avec des algues unicellulaires sans lesquelles leur croissance est très faible. Les lichens sont constitués de l’association symbiotique entre un champignon et une algue ou une cyanobactérie.
 

Les lichens sont un exemple de symbiose obligatoire
 

La reproduction de diverses espèces animales nécessite que les œufs soient pondus sur ou dans un organisme d’une autre espèce, plante ou animal. Ainsi, les galles, excroissances arrondies observées à la surface de feuilles, résultent de la réaction de la feuille à la ponte de divers insectes et contiennent une ou plusieurs larves. D’autres insectes déposent leurs œufs dans le corps d’un autre animal où ils vont se développer à ses dépens. Quant à la reproduction de la majorité des plantes à fleur, elle dépend de leur pollinisation par des animaux qui se nourrissent du nectar et/ou du pollen des fleurs.
 


Insectes et plantes à fleur sont étroitement interdépendants


La dissémination des semences de nombreuses espèces de plantes dépend aussi des animaux sur lesquels elles s’accrochent ou qu’ils avalent. Comme le montrent ces quelques exemples, les relations entre les espèces peuplant un écosystème peuvent être extrêmement complexes.