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Qu'est-ce qu'un écosystème ?

Découvrez ce qu'est un écosystème, la façon dont l'énergie et la matière s'y déplacent, ainsi que ce qui le rend stable.

Points clés

  • Un écosystème se compose d'une communauté d'organismes et de son environnement physique.
  • Les écosystèmes peuvent varier en taille et être maritimes, aquatiques ou terrestres. Les grandes catégories d'écosystèmes terrestres sont appelées biomes.
  • Au sein des écosystèmes, la matière et l'énergie sont conservées. L'énergie circule dans le système — en passant généralement de la lumière à la chaleur —, tandis que la matière est recyclée.
  • Les écosystèmes avec une biodiversité plus importante sont souvent plus stables et présentent une plus grande résistance et résilience face aux perturbations ou aux événements perturbateurs.

Introduction

Qu’est-ce qu’une flaque de marée sur la côte californienne et la forêt amazonienne d’Amérique du Sud ont en commun ? Bien que leur ordre de grandeur soit différent, les deux sont des exemples d’écosystèmes — des communautés d’organismes qui vivent ensemble en association avec leur environnement physique.
Crédit d'images : à gauche, Tide pools at Half Moon Bay de Brocken Inaglory, CC BY-SA 4.0 ; à droite, Aerial view of the Amazon rainforest de Neil Palmer/CIAT, Center for International Forestry Research, CC BY 2.0
Pour rappel, une communauté est constituée de l'ensemble des populations des différentes espèces qui cohabitent dans une zone donnée. Les concepts d'écosystème et de communauté sont étroitement liés. Leur différence repose sur le fait qu'un écosystème inclut l'environnement physique, ce qui n'est pas le cas d'une communauté. En d'autres termes, une communauté est la composante biotique, ou vivante, d'un écosystème. L'écosystème comporte une composante en plus, la composante abiotique ou l'environnement physique.
Les écosystèmes peuvent être petits, comme les flaques de marée que l'on rencontre près des rivages rocheux de nombreux océans, ou bien très grands, comme la forêt amazonienne en Amérique du Sud. En fait, c'est l’écologiste qui définit les limites de l’écosystème qu'il étudie, en adéquation avec les questions qu'il se pose.

À quoi ressemblent les écosystèmes ?

La réponse courte : ils sont incroyablement diversifiés ! Non seulement les écosystèmes peuvent varier en taille, mais ils peuvent également différer dans presque toutes les caractéristiques biotiques ou abiotiques imaginables.
Certains écosystèmes sont marins ou bien d’eau douce. D’autres encore sont terrestres : basés sur la terre ferme. Les écosystèmes océaniques sont les plus fréquents sur la planète, car les océans et les organismes vivants qu'ils abritent couvrent 75 % de la surface du globe. Les écosystèmes d'eau douce sont les plus rares, car ils ne représentent que 1,8 % de la surface. Les écosystèmes terrestres occupent l'espace restant.
Les écosystèmes terrestres peuvent encore être regroupés en catégories plus larges appelées biomes, principalement en fonction du climat. Parmi les biomes terrestres, on peut citer les forêts tropicales, les savanes, les déserts, les forêts de conifères, les forêts de feuillus et la toundra. La carte ci-dessous illustre la large distribution des biomes sur Terre.
Crédit d'image : Biomes: Figure 2 par OpenStax College, Biology, CC BY 4.0
Même au sein d'un biome, il peut exister une grande diversité. Par exemple, le désert de Sonora, à gauche, et la partie interne de l'île de Boa Vista, à droite, peuvent être classés en tant que déserts, mais ils abritent des communautés écologiques très différentes. Il y a beaucoup plus d'espèces de plantes et d'animaux qui vivent dans le désert de Sonora.
Crédits d'images : à gauche, Sonoran desert de Highqueue, domaine public ; à droite, Rock desert (hamada) inside the island of Boa Vista de Ingo Wölbern, domaine public

Énergie et matière dans les écosystèmes

Les écologistes écosystémiques s'intéressent souvent au traçage des mouvements d'énergie et de matière à travers les écosystèmes.
On va regarder de plus près les mouvements d'énergie et de matière dans les réseaux alimentaires (multiples chaînes d'organismes qui se nourrissent les uns des autres ) et dans les cycles biogéochimiques (chemins empruntés par les éléments chimiques lorsqu'ils se déplacent à travers la biosphère). Les organismes qui composent un écosystème présentent souvent des adaptations — des caractéristiques bénéfiques qui découlent de la sélection naturelle — qui les aident à obtenir de l'énergie et de la matière dans cet écosystème particulier.
Avant d'entrer dans les détails, examinons les caractéristiques clés du voyage de l'énergie et de la matière au sein des écosystèmes. L'énergie et la matière sont toutes deux conservées — pas créées ni détruites —, mais elles empruntent des chemins différents à travers les écosystèmes :
  • La matière est recyclée : les mêmes atomes sont réutilisés encore et encore.
  • L'énergie circule à travers l'écosystème ; généralement, elle y entre comme lumière et en sort sous forme de chaleur.

La matière est recyclée.

La matière est recyclée à travers les écosystèmes de la Terre, bien qu'elle puisse passer d'un écosystème à l'autre, comme c'est le cas lorsque les nutriments sont emportés par une rivière1. Les mêmes atomes sont utilisés encore et encore, assemblés sous diverses formes chimiques et incorporés au sein de différents organismes.
À titre d’exemple, voyons comment les nutriments chimiques se déplacent à travers un écosystème terrestre. Une plante, sur la terre ferme, absorbe du dioxyde de carbone de l'atmosphère et d'autres nutriments, comme l'azote et le phosphore, du sol pour fabriquer les molécules qui constituent ses cellules. Lorsqu'un animal consomme la plante, il utilise les molécules de la plante comme énergie et pour construire ses propres cellules, remodelant souvent les atomes et les molécules.
Lorsque les plantes et les animaux ont recours à la respiration cellulaire – pour décomposer les molécules de "carburant" – du dioxyde de carbone est libéré dans l’atmosphère. De même, lorsqu’ils excrètent des déchets ou meurent, leurs composés chimiques sont utilisés comme énergie et matière première par des bactéries et des champignons. Ces décomposeurs libèrent les molécules simples dans le sol et dans l'atmosphère, où elles peuvent à nouveau entrer dans le cycle.
Crédit d'image : basé sur une image similaire de J. A. Nilsson2
Grâce à ce recyclage, les atomes qui composent votre corps en ce moment même sont chargés d'histoire. Ils sont très probablement entrés dans la composition de plantes, d'animaux, d'autres personnes et même de dinosaures3 !

Le flux d'énergie est unidirectionnel : il se propage dans une seule direction.

Contrairement à la matière, l’énergie ne peut pas être recyclée dans les écosystèmes. À la place, le flux énergétique à travers un écosystème est à sens unique — généralement, de la lumière vers la chaleur.
En général, l'énergie pénètre dans les écosystèmes avec la lumière du soleil et est capturée sous forme chimique par des organismes photosynthétiques, comme les plantes et les algues. L’énergie est ensuite transmise au sein de l’écosystème et se transforme à mesure que les organismes la métabolisent, produisent des déchets, se mangent l'un l'autre et finissent éventuellement par mourir et se décomposer.
Chaque fois que l'énergie change de forme, une partie est convertie en chaleur. Il s'agit toujours d'énergie — voilà pourquoi aucune énergie n’a été détruite —, mais la chaleur ne peut généralement pas être utilisée comme source d’énergie par les organismes vivants. En fin de compte, l'énergie qui est entrée dans l'écosystème en tant que lumière du soleil est dissipée sous forme de chaleur et renvoyée vers l'espace.
Crédit d'image : basé sur une image similaire de J. A. Nilsson2
Ce flux unidirectionnel d'énergie à travers les écosystèmes implique que chaque écosystème doit constamment être approvisionné en énergie, venant en général du soleil, afin de fonctionner. L'énergie peut être transmise entre les organismes, mais elle ne peut pas être recyclée parce que, à chaque transfert, une partie est perdue sous forme de chaleur.

Stabilité et dynamique des écosystèmes

Les écosystèmes sont des systèmes dynamiques. Un écosystème statique serait donc considéré comme mort, tout comme le serait une cellule figée. Comme on l'a vu plus haut, l'énergie se propage en permanence au sein d'un écosystème et les nutriments chimiques sont recyclés en continu. De manière plus large, les organismes meurent et naissent, les populations fluctuent en nombre et les modèles climatiques changent en fonction des saisons et de manière moins prévisible.

Équilibre et perturbations

L'équilibre est l'état stable d'un écosystème, dans lequel sa composition et son identité restent généralement constantes, malgré les fluctuations des conditions physiques et de la nature de la communauté biotique. Les écosystèmes peuvent être déséquilibrés par des perturbations, des événements perturbateurs qui affectent leur composition.
Certaines perturbations sont le résultat de processus naturels. Par exemple, le feu est une perturbation qui peut être causée par la foudre dans une prairie ou un écosystème forestier. D'autres perturbations sont le fait d'activités humaines : pluies acides, déforestation, prolifération d'algues et introduction d'espèces invasives.
Plusieurs écosystèmes peuvent réagir différemment à la même perturbation ; l'un peut se rétablir rapidement, tandis qu'un autre peut récupérer plus lentement — voire pas du tout.

Résistance et résilience

Les écologistes utilisent parfois deux paramètres pour décrire comment un écosystème répond à une perturbation. Ces paramètres sont la résistance et la résilience. La capacité d'un écosystème à rester en équilibre malgré des perturbations est appelée résistance. La facilité avec laquelle un écosystème retourne à l’équilibre après avoir été perturbé est appelée résilience. Certains écologistes considèrent que la résistance fait partie de la résilience, mais qu'elle intervient sur un court laps de temps4,5.
De nombreux écologistes pensent que la biodiversité d'un écosystème joue un rôle clé dans sa stabilité. Par exemple, si une seule espèce végétale occupe un rôle particulier au sein d'un écosystème, toute perturbation qui nuit à cette espèce — comme, la sécheresse pour une espèce qui y est sensible — pourrait altérer l'ensemble de l'écosystème. Par contre, si plusieurs espèces de plantes ont des fonctions similaires, il est plus probable que l'une d'entre elles tolère la sécheresse et aide donc l'ensemble de l'écosystème à survivre à cette période6.
La résistance et la résilience des écosystèmes sont importantes lorsque l'on prend en considération l'impact des activités humaines. Si une perturbation est suffisamment grave, elle peut modifier un écosystème au-delà de sa capacité de récupération, c'est-à-dire le pousser jusqu'au point où il n'est plus résilient. Une telle perturbation pourrait entraîner une altération permanente voire une disparition de l'écosystème.

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