Les écosystèmes Évolution et diversité du vivant Présenté par Karine Dion.
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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
LES ÉCOSYSTÈMES
Réseau alimentaire
Ensemble de chaînes alimentaires interreliées: transfert d’énergie et de matière en zigzag.
= réseau trophique = structure trophique
LES ÉCOSYSTÈMES
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.
LES ÉCOSYSTÈMES
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
LES ÉCOSYSTÈMES
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
LES ÉCOSYSTÈMES
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.
LES ÉCOSYSTÈMES
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
LES ÉCOSYSTÈMES
Productivité de quelques écosystèmes
LES ÉCOSYSTÈMES
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).
LES ÉCOSYSTÈMES
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.
LES ÉCOSYSTÈMES
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
LES ÉCOSYSTÈMES
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
…
LES ÉCOSYSTÈMES
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
LES ÉCOSYSTÈMES
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.
LES ÉCOSYSTÈMES
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
LES ÉCOSYSTÈMES
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
LES ÉCOSYSTÈMES
2. Déforestation
Entraîne la perte des nutriments de l’écosystème dans les eaux de ruissellement, l’eutrophisation des lacs, perte d’habitats, désertification.
LES ÉCOSYSTÈMES
3. L’agriculture
Entraîne l’appauvrissement des sols, l’eutrophisation des lacs due aux engrais.
LES ÉCOSYSTÈMES
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 )
LES ÉCOSYSTÈMES
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
LES ÉCOSYSTÈMES
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
LES ÉCOSYSTÈMES
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.
LES ÉCOSYSTÈMES
7. Introduction d’espèces exotiques
Modifie la structure trophique des écosystèmes locaux en compétitionnant de façon désastreuse avec les espèces indigènes.
LES ÉCOSYSTÈMES