Ecosystème : communauté d'êtres vivants en interaction entre eux et avec leur milieu. Un écosystème peut avoir une taille très différente. La forêt tropicale constitue un écosystème, mais une bouse de vache aussi.
Biocénose : ensemble des êtres vivants qui peuplent un écosystème.
Biotope : ensemble des facteurs abiotiques (roches, pluviométrie, ensoleillement) présents dans un écosystème.
Réseau trophique : ensemble des interactions entre les êtres vivants constitué de flux de matière et d'énergie.
L'écosystème de la forêt des Vosges
L'écosystème d'une forêt tropicale
L'écosystème forêt : une grande variété
La forêt des Vosges est une forêt de milieu tempéré caractérisée par la présence d'espèces d'arbres comme le hêtre et le chêne à basse altitude et la hêtre et la sapin a plus haute altitude. Même si on peut considérer que la forêt vosgienne est une écosystème naturel, elle n'est pas une forêt primaire mais une forêt installée et entretenue par l'homme. Il n'y a plus de forêt primaire en Europe sauf celle de Bialowieza en Pologne, que le gouvernement actuel est en train de détruire.
Richesse du sous-bois de la forêt de Bialowieza
Bison d'Europe. Espèce reconstituée à partir de quelques individus en captivité dans les années 1930-1940
Chevaux de la race Konik proche du Tarpan qui peuplait l'Europe préhistorique
La forêt tropicale est une forêt primaire dans un climat chaud et humide. A l'intérieur de cet écosystème, il existe deux écosystème presque indépendants, l'écosystème au niveau du sol et l'écosystème au niveau de la canopée. La encore, la forêt primaire est menacée.
La canopée d'une forêt d'Amérique du sud
Le radeau des cimes permettant l'étude de la canopée
Bien évidemment, les espèces vivant dans ces deux forêts sont totalement différentes. La biodiversité d'une forêt primaire est toujours la plus importante.
Le biotope de la forêt européenne
Un certain nombre de facteurs physiques jouent sur l'installation des espèces vivantes. Parmi ces facteurs, on peut retenir :
— la nature de la roche
— la température
— l'ensoleillement
— l'humidité
La combinatoire entre ces facteurs crée des conditions très différentes et donc l'installation d'une biocénose très variée. Ces facteurs vont aussi déterminer l'installation d'une stratification verticale de la forêt.
Stratification verticale d'une forêt européenne
Les interactions entre les êtres vivants
L'interaction la plus évidente est la prédation. C'est une relation dissymétrique qui avantage un des deux protagonistes de la relation. La relation de prédation est un des éléments essentiel de la mise en place d'un réseau trophique.
Le réseau trophique des eaux côtières
La relation proie/prédateur est moins simple qu’on pourrait le penser.
La baisse du nombre de petits entraîne automatiquement une baisse importante de la population de lièvre donc, de lynx. Cette baisse dure une dizaine d’années et on pense que le stress se transmet génétiquement chez les jeunes lièvres. Lorsque le nombre de lynx est suffisamment bas, le stress disparaît et les populations remontent.
Dans ce cas, c’est bien la proie et non le prédateur qui à la clé de l’équilibre.
Dans le nord du Canada, le lièvre à raquette est la proie favorite du Lynx du Canada. Lorsque la population de Lynx est importante, beaucoup de hases sont donc pourchassées. Ceci produit un stress chez ces femelles dont le nombre de portées annuelles passent de 5 à 2.
Lièvre à raquettes
Lynx du Canada
Une autre interaction est le parasitisme. Une espèce se fixe sur une autre et détourne une partie de la matière organique pour ses besoins propres. C'est une relation très complexe puisque doit éviter de faire mourir son hôte sous peine de mourir lui-même.
La sacculine du crabe est un parasite qui bloque les mues, empêche le reproduction et féminise son hôte si celui-ci est un mâle.
Le ver solitaire ou Tœnia peut atteindre plusieurs mètres de long. il se fixe dans le tube digestif des vertébrés et se développe. Il peut rester plusieurs années.
Le gui est une plante parasite des arbres.
Les suçoirs du gui puisse de la sève chez son hôte pour ses besoins en azote. En effet, le gui est autotrophe pour le carbone. Il peut photosynthétiser.
La concurrence
Une troisième relation est la concurrence pour un facteur donné. Dans une forêt, la concurrence pour la lumière est très importante pour les végétaux, notamment après la destruction des grands arbres par un incendie ou par abattage.
Stratégie 1 : allongement vertical conflictuel
Stratégie 2 : évitement latéral
La symbiose est une association à bénéfice réciproque. On peut prendre l'exemple de l'association entre une anémone de mer (contrairement à son nom, c'est un animal qui vit fixé) et un poisson clown (Amphiprion). Le poisson clown nettoie les tentacules de son hôte et attire d'autres poissons qui sont les proies de l'anémone. En même temps le poisson clown est protégé des prédateurs car son corps est enduit d'un mucus anti-venin qui tue les autres poissons.
Le poisson-clown ocellé (certains reconnaitront Némo)
Poissons-clowns sur dans des anémones de mer
Un autre exemple : le crabe pom-pom girl et ses anémones de mer fixées sur les pinces pour effrayer les prédateurs.
Les mycorhizes, élément essentiel du développement végétal
Un autre cas de symbiose très important pour les végétaux est le cas des mycorhizes.
La mycorhization est l’association du mycelium d’un champignon et des racines d’un arbre. Grâce aux mycorhizes, la surface d’échange entre les racines et le sol est multipliée par 10 000.
Le champignon apporte les matières minérales à la plante et la plante les matières organiques au champignon.
C’est quoi un champignon ?
Mycorhize sur une racine
Les relations arbre/mycorhizes
Ces interactions peuvent être déterminantes pour la survie de certaines espèces. Certaines graines, par exemple, ne peuvent germer que si elles ont été digérées. Les graines de gui sont disséminées et tombent sur les branches avec le excréments d'oiseux qui ont consommé les fruits (les boules blanches).
Les flux de matières dans un écosystème
On appelle autotrophie, la capacité d'un être vivant à transformer en matière organique de la matière minérale. Si on prend le cas de l'autotrophie pour le carbone, la photosynthèse permet aux végétaux verts de fabriquer du carbone organique (glucose par exemple) à partir de carbone minéral (CO2). Les végétaux sont, en général, autotrophes pour l'azote. Ils utilisent l'azote minérale (nitrate des engrais par exemple) pour intégrer l'azote à une molécule organique comme un acide aminé.
Les autotrophes sont dits producteurs primaires puisqu'un réseau trophique part toujours d'eux.
On appelle hétérotrophie, l'incapacité d'un être vivant à convertir en matière organique de la matière minérale. C'est le cas de la majorité des animaux et de certaines plantes.
Les hétérotrophes sont dits producteurs secondaires puisqu'ils fabriquent leur matière organique à partir de la matière organique des producteurs primaires
Les orobanches sont une famille de plantes incapables de photosynthèse. Elles parasitent donc d'autres végétaux pour récupérer leurs matières carbonées.
Dans un écosystème, le réseau trophique permet le transfert de matière, essentiellement organique, entre les membres du réseau. Dans tous les écosystèmes terrestres (sauf les oasis des grands fonds), le point de départ est l'énergie solaire qui permet la minéralisation du carbone sous forme CO2.
Le flux de matière dans un écosystème simple
Le transfert du carbone organique d'un niveau trophique à un autre se fait avec de grandes pertes dues essentiellement à la minéralisation du carbone pendant le processus de respiration. Le rendement des transferts de matière est donc faible.
Le rendement du transfert de matière dans un réseau trophique simple
La faiblesse des rendements peut se représenter sous la forme d'une pyramide des biomasses. Pour une bonne représentation, il faudrait une base de la pyramide beaucoup plus large.
Production primaire brute et nette. Equilibre d'un écosystème
On appelle production primaire brute, la quantité de biomasse produite par hectare et par an par photosynthèse.
On appelle production primaire nette la production primaire brute diminuée des pertes, c'est à dire essentiellement la consommation de matière organique pour la respiration.
Représentation du cycle du carbone très simplifié
Si le carbone retourne à l'état minéral par l'intermédiaire de la respiration, en ce qui concerne l'azote, c'est le rôle des décomposeurs, particulièrement les microorganismes du sol qui minéralisent les protéines en azote minéral (essentiellement en nitrate)
Rôle des décomposeurs dans un réseau trophique
Une forêt est un écosystème en équilibre. Les intrants (engrais, irrigation) sont inutiles.
Dynamique des écosystèmes
Un écosystème est en équilibre dynamique du fait de son vieillissement mais aussi des modifications de son biotope. L'actuel changement climatique dont nous sommes témoins entraine une modification géographique de la répartition des végétaux et des animaux. Une forêt donnée n'est plus la même aujourd'hui par rapport à ce qu'elle était en 1970. Certaines espèces thermofuges on migré vers le nord et ont disparu alors que certaine espèces thermophiles ont vu leur aire de répartition s'étendre vers le nord.
Il existe de nombreux exemples :
— les termites dont l'aire de répartition ne cesse de s'étendre vers le nord depuis les années 1950 à partir du sud-ouest
Termite soldat du genre Reticulitermes (France)
Soldats et ouvriers du genre Reticulitermes
Cartes de la répartition des termites en France entre 1953 et 2014
— le chêne vert, espèce méditerranéenne, dont l'aire de répartition ne cesse de s'étendre vers le nord
Feuilles et fruits de chêne vert (Quercus ilex)
Cartes prévisionnelles de la répartition du chêne vert en France au cours du XXIème siècle
— le hêtre, qui aime les lieux humides, voit son aire de répartition diminuer en France, du fait des sécheresse à répétition.
Feuilles de hêtres communs (Fagus sylvatica)
Cartes prévisionnelles de la répartition du hêtre au cours du XXIème siècle
Résilience écologique
La résilience d'un écosystème correspond à sa capacité à se réorganiser après une perturbation (phénomène qui modifie rapidement l'écosystème) afin de conserver les mêmes structures et des fonctions comparables.
Le cas le plus classique est celui des incendies de forêt. Après l'incendie, la luminosité étant plus importante, les premières plantes colonisatrices ou pionnières sont dites héliophiles. Certaines graines ne peuvent germer qu'après le passage d'un incendie. Petit à petit un couvert végétal se reconstitue grâce à une succession de plantes qui deviennent de plus en plus sciaphiles (ou ombrophiles) au fur et à mesure de la croissance des arbres.
Certains arbres sont capables de se régénérer après un incendie. Les séquoïas produisent des cônes qui ne s'ouvrent qu'après un incendie pour libérer leurs graines. Les ginkgos ont parfaitement résister à l'explosion nucléaire d'Hiroshima. Dès l'année suivante, ils redonnaient des feuilles.
Un incendie de forêt
Une forêt après un incendie
Début de recolonisation (en bas) après un incendie de forêt (en haut)
Des séquoïas et un cône
Un ginkgo et ses feuilles à l'automne
Une plante pionnière, la figue de Barbarie qui est un cactus
Résilience de l'olivier après les incendies
Schéma d'une résilience écologique
On appelle climax, le stade où la forêt est à son maximum de développement.
