Ecologie 1

DE LA BIOSPHERE A L'ORGANISME, L'ECOLOGIE S'ETUDIE A PLUSIEURS NIVEAUX

Définition

Science des relations entre organismes et environnement. Elle correspond à une étude qui peut se faire à plusieurs niveaux , depuis les organismes isolés jusqu'à la biosphère qui comprend l'ensemble des écosystèmes terrestres et aquatiques.

I.La biosphère

Mince pellicule de vie alentour de la planète qui abrite des dizaines de millions d'espèces occupant les environnements les plus divers.Ces environnements s'échelonnent des fonds océaniques aux forêts tropicales ou tempérées jusqu'aux versants montagneux. La biosphère regroupe l'ensemble des êtres vivants et les environnements dans lesquels ils vivent. Elle comporte plusieurs zones importantes de vie terrestre et aquatique : les biomes . Si le climat est un facteur essentiel pour définir la position géographique des biomes, particulièrement des biomes terrestres, l'influence de l'Homme n'est pas négligeable.

I.1Les biomes terrestres

Ce sont de vastes territoires caractérisés par un climat et une végétation propre. Bien qu'ayant des caractéristiques générales communes, chaque biome n'est pas homogène, : des régions très différentes peuvent être réunies en un seul biome.

On peut distinguer sept biomes principaux :

a. Les forêts tropicales qui se forment dans des régions chaudes et pluvieuses

Répartition géographique des forêts tropicales

Elles sont constituées d'arbres, d'arbustes et de plantes grimpantes. Ce sont les écosystèmes les plus riches de la terre, ils contiennent au moins la moitié des plantes et des animaux terrestres. On les retrouve en Afrique, en Amérique du Sud et en asie du Sud-Est

b. Les forêts tempérées ( ou forêts décidues ), constituées essentiellement de feuillus perdent leurs feuilles en hiver.

 

Les véritables forêts tempérées sont situées dans les zones en vert ci-dessous, mais dans les zones plus chaudes, en altitude, des écosystèmes plus frais, de type "tempérés" existent aussi.

Forêts tempérées humides dans le monde (en vert). Rares en zone tempérée, souvent près de la mer ou sur des flancs montagneux recevant de l'air humide, elles sont généralement d'une exceptionnelle biodiversité et productivité.

Elles comportent des arbres , des arbustes et des plantes herbacées vivaces. On rencontre essentiellement ce type de forêt dans les régions où le climat est modéré ( Hivers froids, étés chauds et humides ), En Eurasie, dans le nord -est des Etats-Uniset dans l'est du Canada.

c.Les prairies , répandues dans le monde entier. Elles sont dominées par des plantes herbacées ( graminées et plantes à fleurs de petites tailles très diversifiées ). Il en existe deux sortes, les prairies tempérées et les savanes. Beaucoup d'entre elles sont transformées en terres agricoles.

1)Prairies, savanes et terres arbustives tempérées

• prairie fleurie : type particulier de prairie ou de pré naturel ou créé et entretenu par l'homme
• prairie humide : formation végétale
• prairie permanente (si elle n'est pas labourée ou retournée pour être convertie en autre culture ou pour un autre usage (forêt, urbanisation...)

 

2)Prairies et savanes inondées

3)Prairies, savanes et terres arbustives tropicales et subtropicales

4)Prairies et terres arbustives de montagne

Certaines prairies de régions plus froides ou plus sèches sont appelées « steppes »

Répartition géographique des prairies tempérées

d. Les déserts, régions où la végétation est très faible, la végétation y est parsemée et adaptée au manque d'eau. Les déserts se trouvent à l'intérieur des continents et les plus grand sont en Afrique ( Sahara ) en Asie ( le Gobi ) et en Australie ( le grand désert de sable )

D’une manière plus précise, on considère les déserts selon leur aridité :

• les régions hyper-arides, qui correspondent aux déserts absolus, aux vrais déserts, ces zones reçoivent moins de 50 mm de précipitations par an : une grande partie du Sahara ainsi que ses grandes subdivisions telles que le désert Libyque, le Ténéré ou encore le Tanezrouft, le désert d'Atacama, le désert du Namib et d'autres encore ;
• les régions arides, qui correspondent aux déserts, ces zones reçoivent entre 50 mm et 250 mm de précipitations par an : cela inclut quasiment tous les déserts à quelques exceptions près ;

• les régions semi-arides, qui correspondent aux semi-déserts, et plus précisément aux steppes, ces zones reçoivent entre 250 mm et 500 mm de précipitations par an : Sahel, grande partie du centre et de l'ouest de l'Australie.

En général, il est admis qu’un milieu est non  aride lorsque l’indice xérothermique17 est inférieur à 100, semi-aride entre 100 et 290, aride entre 290 et 350, et hyper-aride entre 350 et 365.

e. La garrigue et le maquis, dont la végétation typique est constituée d'arbustes et de plantes non ligneuses de petite taille. Ils sont caractérisés par de faibles précipitation , des hivers et étés doux . Ces biomes occupent essentiellement le nord de l'Afrique et le sud de l'Europe.

f. Les forêts boréales ( ou Taïga ) , recouvrent abondamment des régions à faibles précipitations et à hivers froids et secs, ce sont des forêts de conifères. Ce biome est le plus vaste sur terre il est présent en Asie, dans le nord de l'Europe et de l'amérique ainsi qu'en haute altitude

Taïga ou forêt boréale, répartition géographique

g. La toundra qui occupe les régions froides à faible pluviosité où le sous-sol est gelé en permanence ( permafrost ). La toubra se trouve à haute latitude ou haute altitude . Sa vég&tation comporte des arbustes de faible hauteur et des plantes non ligneuses qui tolèrent le froid extrême.

I.2 les Biomes aquatiques

Ces biomes couvrent la majeure partie de la terre ( 75%) et ont un impact essentiel sur l'écologie. En effet, 40% de la photosynthèse est efféctuée dans les océans. La vaporisation de l'eau de mer est à l'origine de la majorité des précipitations sur terre et les courants marins influencent le climat des régions côtières.

Les biomes aquatiques se distinguent par leurs caractéristiques physico-chimiques :

1. La salinité : [sel] < 0,1 % dans les zones dulcicoles et peut attendre 3% dans les zones marines.
2. La profondeur : influence [O2] et luminosité dans le milieu
3. La température : l'élévation de la température diminue la solubilité de l'oxygène , une eau chaude étant moins oxygénée qu'une eau froide. Les variations de température saisonnière engendrent des courants d'eau qui modifient la répartition de l'oxygène.
4. La vitesse du flux de l'eau , un courant faible favorise l'implantation de certaines espèces tandis qu'un courant fort ( limité à une vitesse maximale ) en favorise d'autres

Les biomes terrestres qui avoisinent les biomes aquatiques les influencent grandement par l'apport de matières organiques ou inorganiques ( notamment des phosphates ou des nitrates dissous. Les activités humaines pèsent également fortement sur eux . La pollution, l'assèchement des zones humides, les barrières physiques à l'écoulement des eaux qui empêchent le déplacement de certains organismes sont quelques exemples de l'action anthropique .

La terre comporte huit biomes aquatiques : trois dulcicoles et cinq maritimes.

a. Les biomes dulcicoles

Les fleuves, les rivières et les ruisseaux , biomes dulcicoles d'aux courantes

• Les étangs et les lacs biomes dulcicoles d'eaux dormantes. Dans ces étendues d'eau, la distribution des communautés animales et végétales dépend de la distance par rapport au rivage et à la profondeur de l'eau. La zone littorale contient des plantes aquatiques, des algues fixées et des insectes herbivores. Le plancton comprenant le phytoplancton ( les petites algues et les cyanobactéries ) et le zooplancton ( les rotifères et des petits crustacés, principalement ) , ainsi que les poissons et les algues flottantes colonisent la zoneas limnique d'eau superficielle libre et bien éclairée . La zone profonde, obscure contient des procaryotes et de petits organismes qui consomment les débris morts tombés dans le fond de l'eau .
• Les Zones humides, telles les marais et les marécages, les tourbières et les terres couvertes d'eau douce . Ces régions sont particulièrement riches d'un point de vue écologique et jouent un rôle crucial pour l'homme en stockant l'eau , empêchant ainsi les inondations. Nombre de ces biomes ont été transformés par l'homme, ce qui aengendré de nombreux problèmes . La préservation de ce biome est maintenant indispensable ;

 

b. Les biomes maritimes

• Les estuaires, zones de transition entre le fleuve et l'océan, ce sont des zones riches du point de vue écologique ; Les écosystèmes des estuaires sont particulièrement menacés, nombre d'entre eux ont été aménagés pour permettre le développement économique ou résidentiel et c'est là que se concentrent les pollutions produites en amont.
• Les zones intertidales Zones côtières alternativement submergées et découvertes par les marées. L'impact actuel, notamment par l'utilisation ludique du littoral qui provoque l'exclusion de nombreuses espèces d'oiseaux et une pollution générale.
• Les récifs coralliens qui se développent dans les eaux peu profondes des eaux tropicales chaudes, là ou le courant et les vagues renouvellent sans cesse l'eau et les nutriments et où la lumière est suffisante pour assurer la photosynthèse . Ces récifs sont très sensibles à la pollution et à l'activité humaine ( notamment la «  cueillette ) et risquent de disparaître d'ici à 2100.

Les récifs sont des structures sous-marines construites par les coraux. Les coraux sont des animaux marins, vivant en symbiose avec des algues et qui constituent leur propre squelette calcaire. Ces structures coralliennes servent d’abris à des milliers d’espèces qui forment la communauté corallienne.

Les récifs représentent une grande diversité géomorphologique. On distingue:
- le récif frangeant, étroit, qui borde la côte (les Antilles);
- le récif barrière, séparé de la côte par un lagon qui peut atteindre plusieurs dizaines de kilomètres de large (Australie, Nouvelle-Calédonie);
- l’atoll, qui est un récif annulaire de haute mer entourant un lagon central (atolls de l’océan Indien, des Tuamotu, des Maldives);
- le banc récifal, qui est un édifice corallien construit en pleine mer sur un haut fond.
Les écosystèmes associés aux récifs coralliens sont:
- les herbiers de phanérogrammes: zones de nutrition, en particulier pour les espèces menacées (tortues marines, Dugong) et frayères qui stabilisent le sédiment et oxygènent les eaux;
- les mangroves: systèmes biologiques très productifs, zones de reproduction et de nourricerie qui fixent les sédiments et les agents de protection des côtes contre les tempêtes et l’érosion côtière.
Ces écosystèmes occuperaient environ le tiers des littoraux tropicaux peu profonds du monde: 15% pour les récifs coralliens, 9% pour les mangroves, 9% pour les herbiers.

Répartition géographique des récifs coralliens

• La zone benthique, constituée des fonds marine, depuis les rivages jusqu'aux plus grandes profondeurs de l'océan. Les fonds marine sont riches en organismes variés.Malgré les conditions extrêmes ( haute pression, température basse, obscurité totale, concentration faible en nutriments et oxygène ), le diversité animale y est très riche et équivaut qualitativement à celle des forêts tropicales. Ces zones abyssales ne sont pas à l'abri des pollutions issues des rejets terrestres et concentrées par les courants marins.

 

 

• Les biomes océaniques pélagiques , représenté par l'ensemble des eaux qui surmontent les fonds, ils se situent loin des rivages. Ses eaux sont moins riches en eaux que dans les régions côtières et sont constamment agitées par les courants.

 

1. 3 Le climat qui façonne les biomes est déterminé par l'ensoleillement et les courants atmosphériques et marins .

 

Ensoleillement et courants atmosphériques

Les conditions climatiques comme la pluviosité et la température sont déterminants pour le développement des organismes et jouent donc un rôle majeur dans l'emplacement des biomes. La quantité de chaleur émise par le soleil qui atteint les différents points du globe au cours des saisons, les courants atmosphériques et le flux des masses d'eaux océaniques froides ou chaudes.

L'intensité du rayonnement solaire n'est pas identique en tout point du globe. Le rayonnement est en effet partiellement absorbé et réfléchi par l'atmosphère.

En réalité, le rayonnement total reçu sur une surface, appelé irradiation solaire incidente (ou encore éclairement énergétique global), est défini par la somme de trois composantes :

• L'irradiation directe, provenant directement du Soleil. Cette composante s’annule si le Soleil est caché par des nuages ou par un obstacle.
• L'irradiation diffuse, correspondant au rayonnement reçu de la voûte céleste, hors rayonnement direct. Cette énergie diffusée par l'atmosphère et dirigée vers la surface de la Terre, peut atteindre 50 % du rayonnement global reçu, lorsque le Soleil est bas sur l'horizon, et 100 % pour un ciel entièrement couvert.
• L'irradiation réfléchie, correspondant au rayonnement réfléchi par l’environnement extérieur, en particulier le sol, dont le coefficient de réflexion est appelé "albedo".

 

Dès lors, comme la distance parcourue par les rayons solaires à travers l'atmosphère est plus grande aux pôles qu'à l'équateur et qu'en outre l'énergie solaire est répartie sur une plus grande surface, les régions polaires sont plus froides que les régions tropicales.

 

L'inclinaison de la terre ( son axe est incliné de 23, 5 ° ) et son orbite par rapport au soleil déterminent aussi des saisons : en hiver, l'hémisphère nord est plus éloigné du soleil que l'hémisphère sud alors qu'en été il en est plus rapproché.

La terre possède quatre cellules de circulation atmosphérique ( les cellules convectives ). L'air chaud et humide s 'élève et se refroidit, il libère son eau sous forme de pluie et c'est de l'air frais et sec qui redescend

Ce phénomène engendre des bandes de fortes précipitations à l'équateur et à 60° de latitude nord et des bandes de faibles précipitations à 30° de latitude nord et sud créant ainsi des zones arides. La rotation de la terre entraîne u ne déviation des vents qui soufflent dès lors majoritairement d'est en ouest entre l'équateur et latitudes de 30 ° au nord et au sud, ce sont les vents d'est ou alizés. Entre 30 et 60 ° de latitudes les vents dominantes sont des vents d'ouest, des vents plus faibles d'est en ouest soufflent plus au nord ou plus au sud dans les deux hémisphères.

Les courants marins engendrés par les différences de températures océaniques entre les pôles et l'équateur , le mouvement des vents dominants et la rotation de la terre ont aussi un effet essentiel sur les climats régionaux ces courants,dans l'hémisphère nord circulent dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le sens inverse dans l'hémisphère sud

Les mers du globe se partagent en trois océans principaux : l'Atlantique, le Pacifique et l'Océan Indien. Chacun d'eux a ses courants généraux et particuliers. Cela ne signifie pas pour autant que chacune de ces grandes divisions soit un bassin fermé et que les trois systèmes de courants généraux coulent isolément; au contraire, plusieurs d'entre eux se rattachent ensemble, le long des continents. Il existe ainsi, à la limite de l'Océan Austral, un grand courant annulaire, le courant circompolaire antarctique, qui circule autour de l'Antarctique d'Ouest en Est, et qui joue un rôle central dans le brassage thermique des eaux de chacun des trois autres océans. Remarquons par ailleurs que chaque océan est traversé, aux environs de l'équateur, et parallèlement à cette ligne, par un courant dit équatorial, qui, après un parcours plus ou moins long, rejoint et alimente les courants généraux particuliers à l'océan que l'on considère. 

Cartographie des courants marins de surface

Par exemple, le courant marin chaud du Gulf stream engendre un climat chaud et tempéré en Europe alors que les régions de même latitude en amérique du nord auraont une temérature moyenne nettement plus basse.

Des perturbations des courants océaniques comme celles engendrées par El Nino ont des conséquences importantes sur les climats du globe. Cet événement se produit une à deux fois par décennie , El Niño est une conséquence régionale d'une perturbation dans la circulation atmosphérique générale entre les pôles et l'équateur. Les changements météorologiques qu'ils provoquent ( pluies abondantes, sécheresses et incendies, tempêtes, abaissement du niveau de la mer) affectent de nombreux écosystèmes dans le monde entier. La cause initiale d'El Nino est un affaiblissement de l'intensité des vents alizés qui poussent normalement les eaux superficielles chaudes des côtes péruviennes vers l'ouest .

Parcours du Gulf stream

Situation géographique du Pérou

 

Celles-ci refluent et provoquent des changements météorologiques en cascade , des vets changent de directions, le courant marin du Pérou est perturbé et affaibli,le niveau de la mer et la pluviométrie sont modifiés.

II.Les domaines d'études en écologie

La définition de l'écologie varie selon que les relations étudiées se déroulent entre les organismes ou entre les organismes et l'environnement

II.1L'autoécologie , cette étude est consacrée à l'organisme et notamment à ses réactions aux conditions naturelles du milieu. La niche écologique d'un organisme représente l'ensemble des conditions biotiques (interactions avec d'autres organismes). Les conditions abiotiques l'envoronnement physico-chimique , c'est à dire les facteurs climatiques, les facteurs édaphiques (structure physique, acidité et composition des sols ou des roches ) et les facteurs topographiques (altitude, orientation, relief). Les conditions écologiques que l'individu supporte ainsi que son histoire et sa dispersion ( c'est à dire l faculté qu'il a de parcourir de plus ou moins grandes distances ) définissent sa distribution géographique

II.2L'écologie des populations, une population est un groupe d'individus d'une même espèce qui vit dans le même endroit ; l'écologie des populations étudie les facteurs qui influencent la croissance des populations. Cette croissance sera limitée par la restriction des facteurs du milieu ( comme l'eau, les nutriments ou l'espace) ; une population peut se stabiliser à un certain niveau , atteignant ainsi la capacité maximale de l'endroit où elle vit . Lorsqu'un être vivant colonies un milieu auquel il est adapté, la taille de sa population s'accroît fortement au début , puis se stabilise, la courbe de croissanceobtenue est en forme de S ( sigmoïde ) :

 

Mais l'évolution des populations ne suit pas toujours ce modèle : il existe aussi des courbes d'évolutions des populations avec un pic maximum suivit d'une décroissance. C'est particulièrement le cas lorsque l'augmentation de la population entraîne un épuisement des ressources du milieu.

II.3L'écologie des communautés, une communauté est composées par l'ensemble des organismes de toutes les espèces qui vivent dans une même aire géographique . Elle comprend elle-même de nombreuses sous-unités : la communauté de la forêt inclut les espèces vivant dans la forêt, ainsi que les coimmunautés vivant à l'intérieur des organismes. L'écologie des communauté s'intéresse à l'organisation de la communauté et aux relations entre les espèces.

II.4L'écologie des écosystèmes , les écosystèmes englobent les communautés d'organismes ( la biocénose) et l'environnement physico-chimique dans lequel les organismes vivent ( le biotope). L'étude des écosystème s'axe sur les flux d'énergie et de matière. Ces processus seront envisagés dans la suite.

II.5L'écologie de la biosphère, l'analyse globale des écosystèmes occupe l'échelon ultime de l'écologie. Ses problématiques abordent principalement les facteurs climatiques et leur impact général sur l'environnement . L'étude de l'effet de serre est un exemple de recherche à ce niveau