Ecologie
Introduction
L'écologie est la science qui étudie les relations (ou interactions) entre les êtres vivants et leur environnement. Le terme «écologie», inventé en 1866 par Ernst Haeckel, vient du grec oikos (maison) et logos (science): c'est la «science de la maison, de l'habitat» ou «science des écosystèmes». C'est une science très complexe qui fait appel à d'autres sciences: biologie (physiologie, éthologie), chimie, physique, mathématiques, géographie (climat),...
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( = oïkos) «la maison»
( = logos) «la parole», «la raison», «le discours»
Définitions
L'écosystème. C'est l'ensemble formé par le biotope et la biocénose. On peut étudier séparément (et artificiellement) différents écosystèmes: un lac, une forêt, une prairie, un arbre, un étang, un océan,...
Un facteur écologique est un élément de l'environnement qui agit sur un être vivant et influence son développement. On classe les facteurs écologiques en 2 familles:
On peut la diviser en 3 parties: la lithosphère (roche, sol), l'hydrosphère (eau), et l'atmosphère (air).
Ils représentent l'influence des autres êtres vivants (biocénose).
Optimum écologique
Un être vivant présente pour chaque facteur écologique des limites de tolérance entre lesquelles se situe la zone de tolérance et l'optimum écologique. C'est la loi de tolérance de Shelford. On peut la représenter par une courbe en forme de cloche:
La valence écologique d'une espèce représente sa capacité à supporter des variations plus ou moins grandes d'un facteur écologique.
En réalité la situation est plus compliquée parce que plusieurs facteurs écologiques agissent en même temps sur être vivant.
Une expérience de Shelford en 1927 montre l'action combinée de la température et de l'humidité sur le taux de mortalité de la chrysalide du carpocapse du pommier (Cydia pomonella), un petit papillon dont la larve se nourrit de pomme ou de poire.
Lorsqu'une population vit dans des conditions climatiques optimales (voir optimum écologique) et ne manque ni d'espace, ni de ressources (alimentaires), sa croissance est "explosive": elle suit une courbe exponentielle (en bleu).
Exemples:
a.
b.
c.
Quelle est la température minimale au-dessous de laquelle la survie de la chrysalide est nulle?
Quelle est la température maximale au-dessus de laquelle la survie de la chrysalide est nulle?
Quel est l’optimum de température pour une humidité relative de 60 % ?
Valence écologique
espèce à forte valence écologique
espèce à faible valence écologique
Quelles sont les propositions correctes?
a.
b.
c.
d.
e.
l'espèce A se développe mieux à basse température.
l'espèce C est la plus thermophile des trois.
l'espèce C à la plus grande valence par rapport à la température.
l'espèce A sera la dernière à disparaître si la température baisse.
l'espèce C sera la dernière à disparaître si la température monte.
Facteurs abiotiques et climats
La conjonction de différents facteurs écologiques comme la température, l'ensoleillement, l'humidité ou la pluviosité, aboutit à la notion de climat.
A. Ensoleillement
Le soleil dissipe son énergie dans toutes les directions. Après un voyage de 150 millions de kilomètres qui dure environ 8 minutes, ce flux énergétique frappe la terre. Juste avant de pénétrer dans l'atmosphère, l'énergie moyenne de ce rayonnement vaut 1360 Joules par seconde et par mètre carré, ce qui correspond à une puissance de 1360 W/m2. Une partie de ce rayonnement est filtré (réfléchi, absorbé ou diffusé) par l'atmosphère. Le reste est dispersé sur toute la surface de la terre.
La carte suivante montre la puissance du rayonnement solaire reçue au niveau du sol (en Watt par mètre carré)
B. Pluviosité
L'air chaud peut contenir plus de vapeur d'eau que l'air froid. Lorsqu'une masse d'air se refroidit, il arrive un moment où une partie de cette vapeur d'eau se condense et tombe sous forme de pluie (précipitations). Le refroidissement d'une masse d'air est souvent causé par son élévation: l'air se refroidit en prenant de l'altitude.
La carte suivante montre la quantité de pluie tombée en une année (en millimètres d'eau)
C. Climats
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la répartition géographique des espèces, qui se développent dans les zones climatiques qui leur conviennent.
la densité des populations. Celle-ci dépend des taux de natalité, de mortalité et de fécondité ainsi que des migrations.
l'apparition d'adaptations: modification du comportement, du métabolisme (hibernation par exemple)
Les facteurs écologiques déterminent:
Exemple:
Le climat de l'Afrique est assez caricatural: une forêt équatoriale entourée de 2 bandes désertiques. Pour en savoir plus... clique sur la carte.
La plante de cacao a besoin d'humidité, de chaleur et d'ombre:
sa production a donc lieu tout naturellement dans la zone équatoriale.
Lieu de culture du cacao en 2012 (tiré de Wikipedia)
Exemple:
Croissance d’une population
Facteur limitant
La limite de tolérance de quelques arbres par rapport à 2 facteurs abiotiques (pluviosité et température) est représentée sur un graphique. On peut essayer d'en déduire leur répartition géographique:
Dans un monde fini comme notre planète, il arrive un moment où cette croissance ralentit et prend la forme d'un S: on l'appelle courbe logistique (en jaune).
La croissance de la population de n'importe quelle espèce vivante est limitée par des conditions imposées par l'environnement.
Lorsque plusieurs facteurs permettent le développement d'une espèce, il y en a toujours un, plus rare, qui conditionne la croissance: c'est le facteur limitant.
Les biomes
Chaque zone climatique favorise le développement de certaines espèces. On appelle «biome» un ensemble d'écosystèmes caractéristiques d'une région climatique: la toundra ou la steppe, par exemple. Cette division de la biosphère en «biomes» est schématique mais elle permet de se représenter assez bien la répartition de la biodiversité au sein de la biosphère. Aussi bien selon la latitude (de l'équateur aux pôles) que de l'altitude (étagement de la végétation en montagne).
Chaîne alimentaire
Il existe une centaine d'éléments chimiques qui entrent dans la composition de toutes les molécules connues dans notre univers. On peut les classer dans un tableau périodique des éléments selon leurs propriétés. Lors de réactions chimiques, ces éléments peuvent former des assemblages différents. Ils peuvent migrer entre les grands réservoirs que sont la lithosphère (roches), l'atmosphère, l'hydrosphère (l'eau des lac et des océans). Ils peuvent aussi passer du monde minéral (dans les roches) dans le monde organique (dans les êtres vivants). L'étude des cycles biogéochimiques permet de suivre chaque élément au sein de la biosphère. Ces divers cycles sont liés: on dit qu'ils sont en interaction. L'oxygène, par exemple peut se lier à l'hydrogène pour former de l'eau (cycle de l'eau). Mais aussi avec le carbone pour former des oxydes (cycle du carbone). Le couplage des cycles biogéochimiques permet à la biosphère de trouver un équilibre, de s'auto-réguler. On appelle homéostasie cette faculté d'auto-régulation. Celle-ci est à la base de la stabilité des écosystèmes.
Les cycles les plus importants sont :
Les cycles biogéochimiques
le cycle de l'hydrogène (H)
le cycle de l'oxygène (O)
le cycle du carbone (C)
le cycle de l'eau (H20)
le cycle de l'azote (N)
le cycle du phosphore (P)
le cycle du soufre (S)
les cycles des métaux: sodium (Na), potassium (K), calcium (Ca), fer (Fe),...
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Métaux pauvres
Métaux alcalins
Métaux alcalino-terreux
Métaux de transition
Lanthanides
Actinides
Métalloïdes
Non-métaux
Halogènes
Gaz rares
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Notre développement nécessite l'apport de vitamines et d'acides aminés essentiels qui ne peuvent pas être compensés par un excès d'autres aliments. Certaines maladies sont causées par des carences alimentaires.
En agronomie, la loi du minimum énonce que le développement d'une plante est limité par l'élément chimique fertilisant qui est le plus rare: l'azote N, le phosphore P, le potassium K, ... Le rôle du cultivateur consiste à compenser ce manque par un engrais minéral approprié (nitrate, phosphate,...).
S'il y a une pénurie de cadres, il ne sert à rien de la compenser par une production excessive de roues.
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Une usine de vélo doit produire exactement 2 fois plus de roues que de cadres.
Dans mon exemple il y a assez de roues pour faire 3 vélos mais le cadre est un facteur limitant: il ne permet la fabrication que d’un seul vélo.
facteur limitant
Le cycle du carbone
«Le pétrole», un film de la série «C’est pas sorcier»
«Le bilan carbone», un film de la série «C’est pas sorcier»
«L’histoire du climat», un film de la série «C’est pas sorcier»
«La forêt tropicale», un film de la série «C’est pas sorcier»
«La marée noire», un film de la série «C’est pas sorcier»
C’est le plus petit élément d'une population d'êtres vivants. Il échange continuellement avec son environnement de la matière, de l'énergie et de l'information.
C'est l'ensemble des individus d'une même espèce.
C'est l'ensemble des êtres vivants (animaux, plantes, micro-organismes) qui occupe un espace donné.
C'est le milieu physique, l'ensemble des objets inertes (non-vivants) qui occupe un espace donné: l'eau, l'air, la roche, mais aussi les conditions physico-chimiques qui y règnent (climat, température, salinité, acidité, pression, radioactivité, luminosité).
La biosphère est la partie de la planète qui abrite les êtres vivants. C'est l'ensemble de tous les écosystèmes.
Les facteurs écologiques
Ils viennent de l'environnement non vivant: ce sont les conditions physico-chimiques du biotope.
l’individu
la population
la biocénose
le biotope
l’écosystème
la biosphère
les facteurs abiotiques
les facteurs biotiques
écosystème
biotope
biocénose
+
=
• Par rapport à la latitude:
• Par rapport à l'altitude:
Il y a les interactions intraspécifiques (entre individus de la même espèce): lutte pour des ressources, un territoire, un partenaire sexuel, une position hiérarchique...
Il y a aussi les interactions interspécifiques (entre des espèces différentes): prédation, parasitisme, symbiose...
