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lOMoARcPSD|4928457 Ecologie Ecologie (Université Paris-Est Créteil Val de Marne) Studocu n'est pas sponsorisé ou supporté par une université ou un lycée Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 ECOLOGIE Déﬁnitions Écologie ≠ écologie politique ≠ environnementalisme ≠ gestion des déchets, éoliennes, nucléaires, climat … -> Science des interactions du vivant (ex : organisme vivant et son environnement) Etude scientiﬁque des relations entre organismes vivants et leur environnement, et des organismes vivants entre eux, dans des conditions naturelles ou modiﬁées par l’H -> Science des changements, du dynamisme Histoire de l’écologie : - connaissances populaires/ traditionnelles - observation de la nature - agriculture (fertilisation des sols, pesticides naturels, rotation des cultures) On dit que l’écologie devient une science des la Grèce antique avec Théophraste - les grandes découvertes, les européens décident d’explorer le monde (15e s.) , va permettre de découvrir la diversité des écosystèmes - Alexander Von Humboldt, savant explorateur qui a explorer principalement l’Amérique, va retirer un ouvrage considérer comme étant un témoignage qui ressemble à un début d’écologie qui se nom le tableau physique qui est un essai sur le géographie des plantes. Approche descriptives, recherche les facteurs déterminants la distribution des plantes ( facteurs climatiques, limites à la dispersion) -> Bioécologie -> Biogéographie, théorie de l’évolution Les organismes vivants sont adaptés aux conditions de leur environnement, la nature est instable - Ernst Haeckel invente et déﬁnit le mot écologie - formalisations et développements. Comment s’assemble les espèces, comment ces assemblages se modiﬁent? -> écologie des communautés - écologie des communautés + environnement physique = écologie des écosystèmes - écologie se mari avec pleins d’autres sciences (maths, physique, chimie, agronomie) - Gestion des ravageurs, des stocks de poissons et gibier, thermodynamique -> biologie/ dynamique des populations L’écologie rencontre des problèmes environnementaux : - conservation des espèces - gestion des écosystèmes - expertise face aux changements globaux L’écologie rencontre les sciences sociales : - comment l’humain se représente son environnement? - quelles connaissances possède-t-il sur les EV? Echelles d’analyses du vivant - systèmes écologiques sont organisés hiérarchiquement - hiérarchie de taille ( du + petit ( organisme individuel) au + grand (Terre) ) - déﬁnit des méthodes d’études diﬀérentes et complémentaires - systèmes emboités Organisme/ individu : Biotope : milieu physico-chimie dans lequel se développe les organismes (facteurs abiotiques) 1 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Population : ensemble des individus d’une même espèce rapprochés dans l’espace et se reproduisant entre eux Communauté : ensemble des populations monospéciﬁques en interaction (biocénose) Biome : ensemble d’écosystème comparable à l’échelle du continent souvent déﬁni par rapport au peuplement végétal (ex : Afrique = savane, Groenland = toundra) Biosphère : somme des biomes de la planète Pls population de pls espèces = communautés Exemples de questions posées par l’écologie : - individu -> quelles sont les caractéristiques de l’espèce qui lui permette de survivre et de se reproduire dans son environnement? - écosystème -> comment les variations de pluviosité inﬂuencent la productivité des plantes de l’écosystème ? Méthodes en écologie - collecte de données sur le terrain (échantillonnages, mesures variables environnementales in situ, identiﬁcations/ comptages visuels) - approche expérimentales (microcosme = micro écosystème, mésocosmes, champs expérimentaux, expériences sur le terrain) - apport des hautes technologies - formulation des hypothèses, interpréter des données, répondre à une question -> Démarche scientiﬁque classique Observer la nature -> se poser une question (quel est l’explication du phénomène observé?) -> formuler l’hypothèse (lien de cause à eﬀet qui pourrais répondre à la question posée -> émettre une prédiction testable (ce que d’après notre hypothèse on doit pouvoir observer)-> tester notre hypothèse qui en découle (analyses de terrains, expériences) Si hypothèse fausse = reposer une autre hypothèse Si hypothèse vraie = recommencer et pousser plus loin Établir des liens entre phénomènes écologique et variables environnementales -> statistiques CHAPITRE 1 : FACTEURS ÉCOLOGIQUES Facteurs écologiques = éléments de l’enviro sont susceptibles d’agir directement ou indirectement sur les EV au - durant une phase de leur cycle de dvpt Mécanismes d’actions : - éliminer certaines espèces des régions dont les caractéristiques ne leurs conviennent pas (ex : climatiques ou physico-chimique) - modiﬁer le taux de fécondité/mortalité en agissant sur le cycle de dvpt -> migrations, changements démographiques - provoquer l’apparition de modiﬁcations adaptatives (métabolisme, adaptations, ex : hibernation, estivation) Facteurs abiotiques VS facteurs biotiques Abiotiques : éléments non vivant = conditions physico-chimiques (ex : climat, chimie du sol, lumière… Biotiques : éléments vivants (ou morts) = présence d’autre organismes de la même espèce ou non (ex : proie, prédateurs, etc) Correspondance visible entre les organismes vivants et facteurs écologiques 2 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Mécanisme : sélection naturelle variation du succès reproducteur selon le phénotype des individus et les conditions de l’enviro - traits véritables morphologiques, physio, comportementaux, qui fav la reproduction, la croissance, la survie est sont transmis aux générations suivantes - évolution/adaptation aux conditions de l’enviro L’adaptation se fait à une gamme de conditions enviro La niche écologique pour un facteur écologique donné, la survie et la croissance des individus, l’abondance et le taux de croissance de la population, varient en fonction de l’intensité de ce facteur Valence écologique d’une espèce : capacité à supporter les variations ±grandes d’un facteurs écologique Facteur limitant : facteur écologique absent ou réduit au-dessous d’un seuil critique ou qui excède le niveau max tolérable -> empêchera l’installation et la croissance d’un organisme dans un milieu Les facteurs écologiques sont multiples Niche écologique : hyper volume à n-dimensions, (…) chacune correspondant à un état de l’enviro qui permettrait à une espèce d’exister indéﬁniment -George E. Hutchinson (1930-1991) Facteurs écologique en milieu terrestre - ours blanc -> vie dans les régions polaires - ours brun -> vie dans les zones un peu plus tempérés/ froides -> En quoi leur niches écologiques diﬀèrent Le climat structures des écosystèmes terrestres (biomes végétaux, distribution d’espèces) largement déterminée par des facteurs climatiques ->T° + précipitation inﬂuencent la croissance végétale, et donc la nature et la biomasse des espèces végétales !! Météo : combinaison de facteurs tels que la T°, vent, humidité, couverture nuageuse en 1pt et à un moment donné Climat : caractéristiques moyennes à long terme des facteurs météorologiques, à diﬀérentes échelles (local -> global) !! Rayonnement solaire Soleil rayonne principalement des longueurs d’ondes courtes (dont la lumière visible 45% du rayonnement) Terre émet des ondes + longues (IR thermique) Rayonnement solaire + vents + courants océaniques + topographie + proximité à l’océan -> gradient climatiques (surtout latitudinaux, mais aussi local) Climat réellement important pour les organismes = microclimat (conditions climatiques limitées à une zone géo restreinte) , (ex : versants d’une montagne, T° de surface d’une feuille) Température : 3 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 - contrôle toutes les réactions métaboliques - conditionne la répartition des espèces - facteurs limitant le + important - eﬀet sur la production primaire ( = production de biomasse par la photosynthèse), variable selon les espèces - adaptations métaboliques des animaux Ectothermes (= hétérothermes, poïkilotherme) : t° corporelles dépend des sources extérieurs de chaleur, activité fonction de la t° corporelle Endothermes (= homéothermes) : mammifères et oiseaux, t° corporelles régulée Arrêt du dvpt chez juvéniles ou de l’activité chez les adultes chez certains invertébrés pot une période défavorable (t° basse ou élevés, sécheresse ou gel): - quiescence : arrêt facultatif (possible de reprise en pleine mauvaise saison) - diapause : arrêt obligatoire, génétiquement programmé (état préadapté pour subir la mauvaise saison) -> Formes de résistance, protéines antigel Règle de Allen : les organismes homéothermes des climats froids ont habituellement des membranes et appendices + courts que les animaux équivalents des climats + chaud Règle de Bergmann : les organismes homéothermes tendent à avoir une masse corporelle + importante dans les climats froids que les animaux équivalents des climats + chauds Adaptation morphologiques des animaux, sélection des formes compactes en milieux froids où l’avantage sélectif revient aux individus qui perdent peu d’énergie. Opposé en milieux chaud Lumière : - stratiﬁcation verticale de la lumière déterminée par la couverture végétale, lumière traversant la végétation dépend de l’indice de surface foliaire - LAI = Surface totale des feuilles/ surface de sol couverte par la plante Sol : - Stratiﬁcation verticale en horizons - Variation géographique des types de sols - Dépend de la géologie, du climat, de la végétation 4 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Facteurs géologique en milieu aquatique : - cycles de l’eau - Densité varie en fonction de la T° : eau liquide + dense que la glace en hiver la couche de glace se forme en surface et isole les eaux profondes - Nombreux facteurs écologiques varient en fonction de la profondeur : - T° - Pression - Quantité de lumière - Salinité (halocline, augmente avec la profondeur) - Longueurs d’onde - Densité (pycnocine, résulte du gradient de salinité et T°) -> Stratiﬁcation verticale des écosystèmes aquatiques (surtout océanique) - Le long d’un court d’eau, stratiﬁé cation horizontale : - variations de débit - variations de [O2] - Variations de T° (altitude + débit + ripisylve) Peu de ripsisylve (paysage ouvert, ensoleillement fort) + pente faible = augmentation des T° et diminution de l’oxygénation Ripisylve dense + pente fort = baisse de T°, oxygénation Ripisylve = végétation bordant les milieux aquatiques, indispensable au bon fonctionnement de la rivière Stratiﬁcation des écosystèmes marins : - océans ≈ 71% de la surface terrestre (97% de l’eau terrestre - Zone benthiques = surface (et profondeur) du sédiment, benthos = communauté benthiques, adaptée à la pression et au manque de lumière - Zone pélagique = colonne d’eau, - pelagos = communauté pélagique, - necton = peuvent s’opposer au courant (poissons…), - plancton = se déplace en suivant le courant mais peut bouger verticalement (petits crustacés…). Structurée par la bathymétrie/ tectonique des plaques, - zone néritique = jusqu’au bord du plateau continental (faible profondeur, max≈200m), - zone océanique = au dessus de la plaine abyssale Structurée par la lumière : - zone phonique (= zone épipélagique) = lumière suﬃsante pour la photosynthèse - zone aphasique = pas assez de lumière Zone intertidale = balance des marées, entre marrée haute et marée basse 5 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 -> Importance pour la dispersion et la connectivité des populations marines Échelle temporelle des facteurs écologiques CHAPITRE 2 :ÉCOLOGIE DES POPULATIONS Déﬁnition : - population est composée par les individus d’une même espèce rencontrés dans un lieu donné, à un moment donné - espèces, concept bio (Ernst Mayr, 1942) 2 individus capables de se reproduire pour donner une descendance fertile appartiennent à la même espèce - individus, pour bcp d’animaux, la délimitation des individus est simple pour d’autres organismes la délimitation des individus est + complexe ( cas de la reproduction asexuée (reproduction clonale) issue de la fragmentation d’individus) Description d’une population à un temps t : - structure spatiale, « ou se trouve la population? » -> la ou l’espèce trouve les conditions de sa niche Peut être considéré à diﬀérentes échelles spatiales Diﬀérents facteurs écologiques expliquent la distribution spatiale à diﬀérentes échelles (ex : global/continental = climat, local = microclimat/facteurs biotiques) Aire de répartition d’une espèce (= toute les populations) : espèce cosmopolite, endémique, pas forcément stable avec des changements annuels (migration) expansion progressive Distribution uniforme : - individus maintiennent une certaine distance entre eux - résultats d’interactions directes entre les individus - occupation du terrain approximativement à la même distance des uns des autres Distribution en agrégats : - Prédisposition sociale à former des groupes (comportement grégaire) - Distribution agrégative des ressources (cas le + fréquent) - Capacités de dispersion faible des individus Distribution aléatoire : - Individus répartis dans l’espace disponible a priori sans inﬂuence de la présence des autres - Eﬀectifs/abondance = nombre d’individus dans la population (=abondance) - Densité = nombre d’individus par unité de surface - Eﬀectifs rarement comptés en totalité = échantillonnage puis extrapolation à la population totale 6 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Npop = Dmesurée X surface totale D = densité - Eﬀectifs de l’abondance inﬂuencée par la répartition des individus et par la stratégie d’échantillonnage - R répartition des sexes et sex-ratio Sex-ratio = rapport du nbre de mâles et femelles au sein d’une espèce à reproduction sexuée, la majorité des espèces sont gonochorismes (= 2 espèces diﬀérenciés) (Certains sont hermaphrodites, parthénogénétiques) - Déséquilibre en faveur des femelles = insectes sociaux, 1 femelle fertile, multiples femelles non-fertiles mâles transitoire seulement le temps de la reproduction. Comportement + dangereux des mâles (territorialité, compétition pour femelles…) - Déséquilibre en faveur des mâles = chez l’humain on a + de mâles à la conception, puis s’inverse à l’âge adulte (femmes vivent + longtemps que les hommes). Oiseaux la mortalité + forte des femelles dues à une prédation + importante au nid - Détermination environnementale du sexe = crocodiles, femelles —> 30°C —> mâles. 72% des angiospermes sont hermaphrodites, avec diﬀérents degrés d’auto-fécondation - Répartition et pyramide des âges : espèces avec générations chevauchantes Dynamique des populations : - discipline scientiﬁque qui vise à décrire et comprendre les changements d’eﬀectifs des populations au cours du temps en relation avec les facteurs biotiques et abiotiques de leur environnement - Eﬀectif d’une population = entité dynamique - Si natalité + immigration = mortalité + émigration => Stabilité - Si natalité + immigration < mortalité + émigration => Déclin - Si natalité + immigration > mortalité + émigration => Expansion Modéliser la croissance d’une population : - Nt+1 = Nt + bNt - dNt - Nt+1 = (1+b-d)Nt - Nt+1 = ⋋Nt b = naissances / N0 d = morts/N0 7 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Croissance géométrique Croissance exponentielle dN/dt = rN ou r = ln 𝛌 dN = variation inﬁnitésimale de l’eﬀectif dt = variation inﬁnitésimale de temps rN = taux de croissance intrinsèque de la population - Il existe un frein à la croissance des populations, une population est limitée dans sa croissance par la capacité limite du milieu (noté K) = taille maximale de la population d’un organisme qu’un milieu donné peut supporter du fait de la limitation des ressources - Densité-dépendance : les paramètres démographiques d’une population dépendant de sa densité - Compétition intraspéciﬁque pour les ressources : compétitions entre individus de la même espèce Lorsqu’une ressource se raréﬁe -> tous les individus voient leur croissance et leur reproduction diminuer, certains individus s’accaparent toutes les ressources -> compétition = exploitation (indirecte) -> compétition = interférence (directe) Modèle de croissance logistique : dN/dt = rN (1- N/K) + N est grand, + la croissance est ralentie, la croissance devient négative si N>K Nt = K/ 1+ ([K-N0]/N0) e^-rt -> croissance logistique La croissance ne s’arrête pas nécessairement immédiatement à K, la surpopulation peut entrainer une diminution de K -> Oscillation de la taille de population autour de la capacité limite Lien entre croissance logistique et taille minimum viable de population -> la capacité limite doit être au - = à la taille minimum viable de population pour qu’elle se maintienne à long-terme Densité-dépendance inverse -> Eﬀet Allee : dans une petite population, une augmentation de la densité augmente la probabilité de rencontrer un partenaire de reproduction 8 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 => augmentation de la croissance au fur et à mesure que la population augmente Stratégie d’histoire de vie : 2 types de croissance et de dvpt résultants de compromis évolutifs Stratégie r : - durée de vie courte - maturité sexuelle précoce - petite taille - nombreux descendants - pas de soins parentaux => adaptation aux milieux instables et imprévisibles Stratégie K : - durée de vie longue - maturité sexuelle tardive - grande taille - peu de descendants - soins parentaux importants => adaptation aux milieux stables Dynamique des populations en interactions : -Les populations d’une espèce ne sont pas seules et cela inﬂuence leur dynamique démographique Interactions interspéciﬁques : types d’interactions bio Type d’interactions Espèce A Neutre Espèce B 0 0 Mutualisme + Commensalisme + Compétition - Amensalisme - Prédation + - Parasitisme + - Parasitoidisme + - + 0 0 Mutualisme : - bénéﬁce réciproque - ex : fourmis/ acacia, défense contre prédateur et habitat pour les fourmis Commensalisme : - une seule espèce bénéﬁcie de l’interaction Amensalisme : - conséquences négatives pour l’une sans bénéﬁce pour l’autre - ex : piétinement végétation Parasitisme : - une espèce bénéﬁcie de l’interaction au dépend de l’autre - ex : tique, parasite cutané des mammifères Parasitoidisme : - un espèce bénéﬁcie de l’interaction au dépend de l’autre et tue son hôte à la ﬁn de son cycle de développement - ex : larves d’hyménoptère parasitoide Compétition : - 2 espèces partagent une ressource commune - ex : 2 espèces exploitent la même source de nourriture (Zèbres/Antilopes) 9 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 - une espèce pousse par-dessus l’autre, lui privant de l’accès à une ressources - ex : plantes épithètes extrêmement recouvrantes - Substances chimiques émises par une espèce inhibent l’autre La dynamique de 2 populations en interaction, et leur taille maximale, dépend de l’autre. Avec une espèce 2 aux exigences écologiques similaires, l’accroissement de la population diminue lorsque la taille de population combinée des 2 espèces s’approche de K. dN1/dt = r1N1 (1- (N1+N+2)/K1) Capacité limite du milieu pour une espèce dépend de l’abondance de la 2e 2 espèces partagent une ressource commune. En réalité, 2 espèces ne sont pas équivalentes dans leur utilisation des ressources ! Modèle de compétition de Lotka-Volterra : Problème : si une population d’une espèce A ne stoppe pas sa croissance exactement lorsque l’autre (espèce B) a atteint sa capacité limite… la population de l’espèce B va décliner, permettant ainsi à la population de l’espèce A d’augmenter, et donc à B de décliner encore +, … -> extinction de l’espèce B au proﬁt de l’espèce A Coexistence rare : principe d’exclusion compétitive, 2 espèces qui partagent exactement la même niche écologique ne peuvent pas coexister Dans la nature, on trouve des populations d’espèces diﬀérentes au même endroit… comment des populations d’espèces en interaction peuvent malgré tout coexister? - Compétition pour de multiples ressources, avec une compétitivité variable selon la ressources (ex : espèce A compétitrice pour une ressources 1 mais espèces B meilleur compétitrice pour ressource 2) - Démographie aﬀecté par des facteurs environnementaux - Compétitivité aﬀecté par des facteurs environnementaux - Partition des ressources (= partition de la niche écologique, processus adaptatif ou non) Prédation : - vraie prédation = espèce 1 consomme une espèce 2 en la tuant - herbivorie = espèce 1 consomme une partie de l’espèce 2 sans la tuer ÉCOLOGIE DES COMMUNAUTÉS Une population n’est jamais isolée dans son milieu. 10 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Une communauté = composée par tous les individus de toutes les espèces rencontrés dans un lieu donné, à un moment donné. Généralement, on considère seulement un sous-groupe d’espèces particulier (ex: insectes, plantes, oiseaux….) Les espèces qui partagent une certaines similarité écologique qui rend probable leur interaction (in)directe ou une réponse semblable aux facteurs écologiques Nombre d’espèces (richesse spéciﬁque) : Diversité spéciﬁque : On considère à la fois le nombre d’espèces et leur abondance relative -> notion d’équitabilité Interactions entre espèces Indice de Simpson : D = ∑pi^2 Indice réciproque de Simpson : 1/D Pi = abondance relative de l’espèce i Varie en tre 0 et 1 Varie entre 1 et le nombre totale d’espèces Indice de Shannon : H = - ∑pi ln pi Pi = abondance relative de l’espèce i Varie entre 0 et ln (nombre total d’espèce) -> Réseaux d’interactions Réseau trophique : décrit les interactions prédateur/proies, et donc les transferts d’énergie Réseau de politisations : décrit les interactions de politisations entre insectes (ou autre) pollinisateurs et les plantes politisées Espèce clé de voute : espèces qui a un eﬀet disproportionné sur son environnement au regard de ses eﬀectifs, sa disparition peut entrainer la disparition/ dégradation de la communauté/ écosystème tout entier Ex : le loup à Yellowstone, parc créé en 1872 comme réserve naturelle. Éradication des loups pour protéger les populations de Wapiti et de bisons 11 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Groupes fonctionnels Regrouper des espèces qui partagent une fonction écologiques : - Niveau trophique = producteurs primaires, prédateurs primaires - Espèces qui exploitent la même ressources = oiseaux mangeurs de graines, pollinisateurs - Espèces qui ont des traits fonctionnels communs = plantes en C4, plantes xérophiles, bourdons parasites Structures physique Principalement déterminée par la végétation Comparer des communautés Quantiﬁer les changements de communautés le long d’un gradient environnemental : Indice de similarité de SØrensen : s = 2c/ Sa+Sb c = nombre d’espèce en commun a/b = nombre d’espèce dans A/B Ex : communauté A = 3 espèces communauté B = 4 espèces S = 2 X 2 / 3+4 = 0,57 Diversité à diﬀérentes échelles Diversité ⍺, 𝝱, γ : - diversité ⍺ = locale mesurée dans un habitat uniforme. Richesse spéciﬁque, indice de diversité - diversité γ = totale dans une grande région - diversité 𝝱 = diﬀérences entre habitats/ 12 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 communautés. Indice de (dis)similarité -> reﬂète le degré de connectivité entre les commu Diversité 𝝱 additive : Diversité 𝝱 multiplicative : 𝝱 = γ-⍺ 𝝱 = γ/⍺ Assemblage : construction et maintien d’une communauté locale par arrivée séquentielle de colonisateurs potentiels à partir d’un pool d’espèces externe Succession : colonisation d’un biotope par les EV et changements dans le temps de la composition ﬂoristique et faunistique après qu’une perturbation a détruit partiellement ou totalement l’écosystème pré-existant Succession primaire : à partir d’un substrat nu, sans sol Ex : Terril, friche industrielle…. -> Processus lent, s’accompagne de la pédogenèse : modiﬁcation progressive du milieu par les organismes, création de sol. Succession secondaire : après qu’une perturbation a détruit totalement ou partiellement l’écosystème Ex : feu, épidémie… -> Processus plus rapide, présence d’un sol et d’une banque de prodigues (graines, oeufs…). Certains individus ont survécu (systèmes racinaire). Nombreuses ressources disponibles et peu de compétition A l’issu du processus d’assemblage, la richesse spéciﬁque d’une communauté dépend de : - proximité à la source d’espèces - surface d’habitat dispo 2 visions diﬀérentes : - modèles déterministes, successions suivent tjrs la même trajectoire (stade ﬁnal : climax) - modèles de contingence historique, les 1e espèces implantées modiﬁent la trajectoire Succession théorique : Climax diﬀérents selon les conditions environnementales -> le stade ﬁnal, stable, d’une succession écologique dépend notamment des facteurs climatiques Climax pas nécessairement atteint, succession dynamique au fur et à mesure des perturbations. Les perturbations maintiennent l’hétérogénéité du paysage Phytosociologie : typologie des commu végétales A diﬀérents stades de succession et dans diﬀérentes conditions enviro, on retrouve des associations caractéristiques entre espèces végétales. -> Classes phytosociologiques (permet de décrire des types d’habitats) Flux d’énergie dans l’écosystème Source d’énergie : le soleil, apport d’énergie constant sur terre. Permet la production de matière organique Loi de la thermodynamique : - 1e principe de le thermodynamique = conservation de l’énergie L’énergie n’est jamais perdue ni crée, elle est 13 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 transformée et/ou transférée -2e principe = augmentation de l’entropie Toute l’énergie ne peut pas être transférée/transformée telle quelle, une partie est « perdue » sous forme de chaleur. S’applique à un sys fermé un écosystème est ouvert, puisqu’il reçoit un ﬂux d’énergie constant Tous les processus éco impliquent un transfert d’énergie, commence par la création de molécules organiques -> transfert de carbone (C) L’énergie reçue contrôle la production primaire Production primaire nette = production primaire brute respiration => mesure de transformation de l’énergie solaire en matière organique, => mesure directe de l’O2 => mesure de diﬀérences de biomasse ( quantité de matière organique accumulée) Production primaire =ment limitée par la T° et l’apport en eau Évapotranspiration = évaporation + transpiration -> reﬂète T° et quantité d’eau disponible Apport extérieurs de carbone, en milieu aquatique : Production primaire nette + carbone allochtone Production primaire =ment limitée par la disponibilité de la lumière Production primaire =ment limitée par l’apport en nutriments minéraux - azote (N) - phosphore (K) - potassium (P) Production primaire nette marine - sources hydrothermales = énergie chimique Agriculture = rupture du cycle des nutriments Import de nutriments en agriculture eﬀet de la fertilisation limite en gain de rendement Cascade d’eﬀets sur les communautés Réseaux trophiques, perte d’énergie lors des transferts -> pyramide de biomasse 14 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Production secondaire Croissance et reproduction des herbivores limitée par la production primaire = contrôle bottom-up Consommation secondaire contribue =ment à limiter la biomasse et la productivité primaire = contrôle top-down Décomposition et cycle des nutriments Recyclage des nutriments - décomposeurs Recyclage des nutriments - détritivores -> fragmentation de la matière organique morte avant décomposition Étudier la décomposition, suivre la détérioration d’une quantité connue de matière organique ex : décomposition de sachet de thé de marques et composition connues Suivre la détérioration d’une quantité connue de matière organique, on va utiliser des sachet avec des mailles de tailles diﬀérentes pour voir l’eﬀet des diﬀérents organismes (ex : mailles très ﬁnes pour les micro-organismes…) Décomposition Masse restante = e avec k = taux de décomposition d’une espèce dans un écosystème donné Diﬀérences entre espèces, dépend de la composition chimique de la matière végétale Diﬀérence entre les climats, inﬂuence l’activité métaboliques des décomposeurs Diﬀérences entre molécules Diﬀérences entre les types de décomposeurs Diﬀérents éléments Minéralisation : transformation des composés organiques en composés minéraux Minéralisation nette = minéralisation - immobilisation 15 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Minéralisation nette = nutriments réellement mis à disposition des plantes Minéralisation = nutriments relargués dans le sol lors du métabolisme décomposeurs Immobilisation = utilisation de nutriments par le métabolisme des décomposeurs Décomposition dans la rhizosphère : - production de molécules carbonées par les racines - croissance des bactéries à proximités des racines - minéralisation qui proﬁte directement à la plante En milieu aquatique : cycle des nutriments + courant = spirale Cycles biochimiques 2 grands cycles biogéochimiques : gazeux (nutriments présents dans l’atmosphère et dans les océans), sédimentaires (présents dans le sol, roche, sous forme de sels minéraux) -> cycle de matières entrainés par le ﬂux d’énergie et les cycles de l’eau Composants principaux des cycles biogéochimiques : apport (atmosphères…), recyclage interne (décomposition), export (enfouissement dans le sol) Cycle du carbone : directement lié au ﬂux d’énergie En noir : ﬂux annuel En rouge : carbone stocké Cycle de l’azote : ﬁxation par phénomènes atmosphérique ou par le métabolisme de bactéries ﬁxatrices d’azote Cycle du phosphore : Cycle du soufre : Écologie : science dont l’objet d’étude est en permanence transformé par l’homme, dont l’objectif est souvent de transformer son objet d’étude -> implications politiques -> implications philosophiques et morales Concept de biodiversité 1986 : - naissance de la Society for conservation biology (sous discipline de l’écologie qui s’intéresse à décrire le déclin de la biodiversité) 16 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 - national forum on BioDiversity - « the club of Earth » Reconnait l’extrême diversité du vivant, attribue une valeur à cette diversité, s’inquiète du déclin de cette diversité -> Articule science de l’écologie et préoccupations morales Convention sur la biodiversité biologique, art. 2, 1992 : « La variabilité des OV de toute origines y compris, entre autres, les écosys terrestres, marins et autres écosys aquatiques et les complexes écolo dont ils font partie; cela comprends la diversité au sein des espèces et entre espèces ainsi que celle des écosystèmes » Diversité intraspéciﬁque : - diversité phénotype (ex: morphologique, coccinelles de diﬀérentes couleurs) - diversité génétique au sein d’une population (nombre d’allèles…) ou entre populations (ﬂux de gènes…) Diversités des espèces : - diversité taxonomique à pls échelles - diversité fonctionnelle - diversité phylogénétique Diversité des écosystèmes Le concept de « biodiversité » est un concept mixte, qui relève donc à la fois de la science, de la morale et de la politique Valeur intrinsèque de la biodiversité : la nature possède une valeur indépendante de toute évaluation, intérêt et nécessité humains, car son existence est une ﬁn en soi Éthique environnementale, legs pour les générations futures, histoire évolutive Valeur instrumentale de la biodiversité : la nature fournit des services dont les humains tirent bénéﬁce, notion de service écosystémique Services écosystémiques Relation biodiversité/fonctionnement des écosystèmes Exemple 1 : rôle des forets dans le cycle de l’eau (soutien) le couvert forestier : - ralentit le ruissellement - favorise le maintien de l’humidité des sols superﬁciels et l’alimentation des nappes souterraines 17 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 - atténue les ﬂuctuations du débit des rivières réduisant montée des eaux en période de pluie et alimentant les cours d’eau et les nappes en période sèche Impacts anthropiques sur la biodiversité Changements de diversité à l’échelle géologique Taux d’extinction contemporains Destruction et fragmentation de l’habitat Agroécosystèmes = ≈30% de la surface terrestre Production annuelle : 2700 kcal/personne (besoin = 2100) Déforestation Fragmentation des habitats - surface + distance diminution de la surface réellement utilisable par certains organismes Relation aire-espèces Changement climatique 18 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Changements observés : changement futurs : Conséquences sur les organismes : Génétique : adaptation aux changements de T°, hybridation entre espèces nouvellement mises en contact Morphologique : blanchissement des coraux Conséquences sur les populations : phénologie (variations saisonnières du cycle de vie des organismes) Destruction des interactions Sex-ratio Migrations Conséquences sur les espèces : Changements de distribution (Observées) Changement de distribution (prédis) Espèces invasives Espèces introduites : a été apportée par intervention humaine dans un écosystème diﬀérent de son écosystème d’origine de manière volontaire ou involontaire, et que l’on retrouve dans la nature à l’état sauvage Espèce exotique envahissante (ou invasives) : taxon introduit par l’homme en dehors de son aire de répartition ou dispersion naturelle, qui s’établit et qui étend son aire de distribution 19 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 Étapes de l’invasion Introduction : - volontaire = espèces cultivées (agriculture, espèces ornementales..) - non volontaire (accidentelle) = transport due à l’activité humaine (coques de bateaux) Conséquences : - compétition (nourriture, espace) - prédation (conso d’espèces natives) - maladies (hôtes pour pathogènes) - parasitisme - hybridation (repro avec espèces natives) Surexploitation Exemple historique : le Moa et l’aigle géant de Haast -> cascade d’eﬀets Arrivé de populations humaines => chasse trop intense => extinction du Moa => extinction de son prédateur Particulièrement important en milieu marin Conséquences : - réduction des eﬀectifs des populations exploitées -> vulnérabilité - changement dans la structure d’âge et de taille (individus les + gros chassés en priorité - changement dans le sex-ratio (mâles chassés en priorité chez les mammifères - réduction de diversité génétique - cascades d’eﬀets dans l’écosystème (dépend de l’importance dans le réseau d’interactions) Stratégies de conservation de la biodiversité écologie comme témoin du déclin de la biodiversité : description de la biodiversité, des menaces anthropiques Les aires protégées Emplacements choisis du fait de leur valeur esthétique et récréative. Choix dicté par la présence d’une espèce. De telle sorte qu’un max de biodiversité est protégé « Hotspot » de biodiversité (ex : richesse spéciﬁque des mammifères, oiseaux et amphibiens..) Surface minimale nécessaire pour protéger un max d’espèces (ex : surface à ajouter pour protéger 1, 2 ou 3 espèces d’oiseaux hawaiiens) Espèces parapluie : espèce à protéger de telle sorte que sa protection confère une protection à l’ensemble de l’écosystème (large distribution, diversité d’habitats, recouvre la répartition de nbreuses espèces) ≠espèces phare : espèce bien connue qui « motive » les actions de conservation (ex : panda) Catégories d’aires protégées : 1. Réserve naturelle intégrale = aires strictement protégées qui sont mises en réserve pour protéger la biodiversité et aussi des caractéristiques géologiques/géomorphologiques ou les visites l’utilisation et les impacts humains sont strictement controlés et limités pour garantir la protection des valeurs de conservations. Ces aires peuvent servir d’aires de références indispensables pour la recherche scientiﬁque et la surveillance continue 20 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 2. Zone de nature sauvage = généralement vastes aires intactes ou légèrement modiﬁées, qui ont conservé leur caractère et leur inﬂuence naturels, sans habitations humaines permanentes ou signiﬁcatives, qui sont protégées et gérées aux ﬁns de préserver leur état naturel 3. Parc National = vastes aires naturelles mises en réserve pour protéger des processus écologiques de grande échelle, ainsi que les espèces et les caractéristiques des écosystèmes de la région, qui fournissent aussi une base pour les opportunités de visite de nature spirituelle, scientiﬁque, éducative et récréative, dans le respect de l’environnement et de la culture des communautés locales 4. Monument/élément naturel = mise en réserves pour protéger un monument naturel spéciﬁque qui peut être un élément topographique, une montagne ou une caverne sousmarine, une caractéristique géologique telle qu’une grotte ou même un élément vivant comme un îlot boisé ancien. Ce sont généralement des aires protégées assez petites et elles ont souvent beaucoup d’importances pour les visiteurs 5. Aire de gestion des habitats/espèces = protéger des espèces ou habitats particuliers, leur gestion reﬂète cette priorité. De nbreuses aires protégées on besoin d’interventions régulières et actives pour répondre aux exigences d’espèces particulières ou pour maintenir des habitats 6. Paysages terrestres/marins protégés = interactions des hommes et de la nature produit une aire qui possède un caractère distinct, avec des valeurs bio, culturelles et panoramiques considérables où la sauvegarde de l’intégrité de cette interaction est vitale pour protéger et maintenir l’aire, la conservation de la nature associée ainsi que d’autres valeurs 7. Aire protégée avec utilisation durable des ressources naturelles = préservent des écosys et des habitats, les valeurs culturelles et les sys de gestion des ressources naturelles traditionnelles y sont associés. Elles sont vastes et la + grandes partie de leur superﬁcie présente des conditions naturelles, une certaine proportion y est soumise à une gestion durable des ressources naturelles et une utilisation modérée des ressources naturelles, non industrielle et compatible avec la conservation de la nature y est considérée comme l’un des objectifs principaux de l’arbre Gouvernance des aires protégées : -Type A = gouvernance par le gouvernement -Type B = gouvernance partagée -Type C = gouvernance privée -Type D = gouvernance par les populations autochtones et le communautés locales Comment? 1. Une grande surface préférable à une + petite surface 2. Une seule grande aire protégée préférable à pls petites 3. Maintenir les aires protégées à proximité les unes des autres 4. Arranger les aires protégées en agrégats 5. Connecter les aires protégées par des corridors 6. Le - de bordure possible Restauration écologique Rendre un écosys dégradé à son état « original », au lieu de conserver celui existant, le modiﬁer - Supprimer la source de perturbation : éradiquer une espèce invasive, détruire un barrage, arrêter l’activité agricole - Restaurer l’enviro physique : stabilisation du sol, restaurer un régime hydrologique naturel, dynamiques d’incendie naturelles, création d’un habitat - Restaurer les commu biologiques : attendre la recolonisation pour les espèces « manquantes », importation active d’espèces (plantes en 1e, réintroduction d’espèces) - Patienter : processus long (qques années) 21 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected]) lOMoARcPSD|4928457 « Réensauvagement » Si l’écosys original est inconnu, des espèces essentielles ont déﬁnitivement disparues on restaure les fonctions des l’écosys aves des espèces diﬀérentes Identiﬁer les fonctions manquantes de l’écosys, les espèces qui fournissent ces fonctions, trouver des espèces de remplacement Gestion des populations Populations en déclin => agir directement sur ces populations Fournir des ressources additionnelles (carcasses saines pour prédateurs/charognards…) Protéger des « prédateurs » Enclos autour des nids d’oiseaux bûcheurs au sol, pour empêcher broutage des plantes… Supplémentation direct d’individus Translocations (migration artiﬁcielle), réintroduction, élevages … 22 Téléchargé par Mel Hmc ([email protected])

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