Écosystèmes et services environnementaux

Trois enjeux sont abordés dans cette partie d’écologie, où les élèves saisissent le contexte des politiques de préservation de la biodiversité en crise :

 un enjeu de connaissance, avec l’étude de la notion d’écosystème à partir d’exemples. Dans la progression ici proposée, les élèves apprennent d’abord à décrire le système puis à distinguer les mécanismes fonctionnels et la dynamique spatio-temporelle, notamment actuelle ;

 un enjeu de capacité, avec l’apport de la démarche scientifique à la compréhension des changements écologiques actuels et des tentatives d’y remédier ;

 un enjeu d’attitude : l’espèce humaine est repositionnée comme un élément des écosystèmes, en interdépendance avec son environnement.

Ce thème peut être traité par le prisme des écosystèmes forestiers (tempérés voire équatoriaux), bons exemples pour étudier l’organisation et la dynamique des écosystèmes, comme les menaces et les enjeux de gestion dont ils sont l’objet.

Les écosystèmes : des interactions dynamiques entre les êtres vivants et entre eux et leur milieu

Les écosystèmes sont constitués par des communautés d’êtres vivants (biocénose) interagissant au sein de leur milieu de vie (biotope).

La biocénose est en interaction avec le biotope (répartition des espèces selon les conditions abiotiques). La diversité des interactions biotiques s’étudie à la lueur de leur effet sur la valeur sélective des partenaires : compétition (pour la lumière, pour l’eau, les nutriments, etc.), exploitation (prédation, parasitisme) et coopération (mutualisme, dont symbiose).

Ces interactions structurent l’organisation (biodiversité de l’écosystème), l’évolution (dynamique des populations) et le fonctionnement de l’écosystème (production, flux de matière et réservoirs, recyclage de la matière organique, etc.).

En particulier, les êtres vivants génèrent ou facilitent des flux de matière (eau, carbone, azote, etc.) qui entrent (absorption racinaire, photosynthèse, respiration), circulent (réseau trophique) et sortent (évapotranspiration, érosion) de l’écosystème. Une partie de la matière est recyclée, notamment grâce au sol. L’effet des écosystèmes dans les cycles géochimiques ainsi constitués, se mesure par des bilans d’entrée/sortie de matière.

Même sans l’action de l’Homme, les écosystèmes montrent une dynamique spatio-temporelle avec des perturbations (incendies, maladies) affectant les populations. La complexité du réseau d’interactions et la diversité fonctionnelle favorisent la résilience des écosystèmes, qui jusqu’à un certain seuil de perturbation, est la capacité de retrouver un état initial après perturbation.

Un écosystème se caractérise donc par un équilibre dynamique susceptible d’être bousculé par des facteurs internes et externes.

L’humanité et les écosystèmes : les services écosystémiques et leur gestion

L’espèce humaine est un élément parmi d’autres de tous les écosystèmes qu’elle a colonisés. Elle y vit en interaction avec d’autres espèces (parasites, commensales, domestiquées, exploitées).

L’espèce humaine affecte le fonctionnement de la plupart des écosystèmes en exploitant des ressources (forestières par exemple), en modifiant le biotope local (sylviculture, érosion des sols) ou global (changement climatique, introduction d’espèces invasives).

Beaucoup d’écosystèmes mondiaux sont impactés, avec une perte mondiale de biodiversité et des conséquences néfastes pour les activités humaines (diminution de la production, pollution des eaux, développement de maladies, etc.).

Pourtant, l’humanité tire un grand bénéfice de fonctions assurées gratuitement par les écosystèmes : ce sont les services écosystémiques d’approvisionnement (bois, champignons, pollinisation, fruits et graines, etc.), de régulation (dépollution de l’eau et de l’air, lutte contre l’érosion, les ravageurs et les maladies, recyclage de matière organique, fixation de carbone, etc.) et de culture (récréation, valeur patrimoniale, etc.).

Notre santé dépend en particulier de celle des écosystèmes qui nous environnent.

La connaissance scientifique des écosystèmes (l’écologie) peut permettre une gestion rationnelle des ressources exploitables, assurant à la fois l’activité économique et un maintien des services écosystémiques.

L’ingénierie écologique est l'ensemble des techniques qui visent à manipuler, modifier, exploiter ou réparer les écosystèmes afin d’en tirer durablement le maximum de bénéfices (conservation biologique, restauration ou compensation écologique, etc.).

Projet : regards croisés sur les écosystèmes : diversité, équilibre et menaces

Chapitre : Écosystèmes et services environnementaux

I – Les écosystèmes : des interactions dynamiques

A – Les interactions des êtres vivants entre eux et avec le milieu

Un écosystème comporte une communauté d’êtres vivants (biocénose) de différentes espèces (biodiversité).

Ces espèces ne sont pas réparties au hasard dans l’écosystème. Elles s’établissent en fonction des caractères physico-chimiques du milieu (biotope) qui leur conviennent le mieux. La biocénose et le biotope sont donc en interaction.

Les espèces au sein d’un écosystème établissent de nombreuses interrelations. Ces relations peuvent être :

• des relations de compétition : pour l’eau, la lumière, les nutriments… ;

• des relations d’exploitation : la prédation, le parasitisme ;

• des relations de coopération : le mutualisme, la symbiose.

B – Le fonctionnement des écosystèmes

Les différentes interrelations entre les composantes d’un écosystème sont à l’origine de flux de matière et d’énergie (par exemple, lorsqu’une chenille consomme une feuille, elle absorbe la matière et l’énergie que la feuille contient).

Ainsi, les êtres vivants génèrent des flux d’eau, de dioxyde de carbone, de matière organique et d’énergie.

1. Rôle de la photosynthèse

La photosynthèse (réalisée par les végétaux chlorophylliens) permet de faire entrer la matière et l’énergie dans l’écosystème.

2. Chaîne alimentaire et transferts

Au sein d’un écosystème, les producteurs primaires (végétaux chlorophylliens) convertissent l’énergie solaire en énergie stockée dans la matière organique qu’ils produisent. Une faible partie de l’énergie solaire est captée et transmise aux producteurs secondaires (1 à 2 %).

À chaque niveau trophique, une partie seulement de la biomasse est utilisée par le niveau suivant, le reste est non utilisé, ou perdu sous forme de chaleur.

3. Cycles biogéochimiques

Le carbone est un élément important des molécules organiques. Le carbone « entre » dans la biosphère par la photosynthèse et en « sort » par la respiration et la fermentation.

L’azote et l’eau circulent également dans les écosystèmes.

Les micro-organismes du sol jouent un rôle important dans ces cycles en permettant le stockage temporaire des éléments dans le sol.

C – L’équilibre dynamique des écosystèmes après une perturbation

Les écosystèmes sont en évolution dynamique permanente. Ce dynamisme est particulièrement visible après un incendie ou une maladie qui décime une population.

Très rapidement après la perturbation, des espèces de plus en plus diversifiées recolonisent progressivement l’espace.

• Tout d’abord, des espèces pionnières s’installent,

• puis des espèces intermédiaires,

• et enfin, si la durée le permet, un stade mature est atteint.

On qualifie de résilience cette capacité de l’écosystème à surmonter une perturbation et à retrouver un état proche de l’état d’avant la perturbation.

Toutefois, il arrive que, sous l’effet d’une perturbation catastrophique et de perturbations trop souvent répétées, l’écosystème perde sa capacité de résilience et bascule vers un état différent, dégradé et moins diversifié.

II – L’humanité et les écosystèmes

A – Les services écosystémiques

Au sein des écosystèmes se réalisent des fonctions écologiques fondamentales telles que la formation des sols ou la production de dioxygène (O₂).

L’humanité dépend donc du bon fonctionnement des écosystèmes dont elle tire par ailleurs de très nombreux bénéfices gratuitement : ce sont les services écosystémiques.

On distingue :

• les services d’approvisionnement : ils fournissent des produits potentiellement consommables ou commercialisables (bois, champignons, nourriture, molécules à usage pharmaceutique…) ;

• les services de régulation : ils régulent des phénomènes naturels ou d’origine humaine (dépollution, lutte contre l’érosion, fixation du carbone…) ;

• les services culturels et sociaux : ils englobent tous les bénéfices non matériels (loisir, valeur patrimoniale, éthique, religieuse…).

B – Impact de l’humanité sur les écosystèmes

L’espèce humaine affecte le fonctionnement de la plupart des écosystèmes mondiaux en exploitant des ressources (chasse, pêche, déforestation...) ou en modifiant le biotope local (pollution, érosion des sols…) voire le biotope global (changement climatique…).

La dégradation des écosystèmes a des conséquences graves sur la biodiversité.

C – Les apports de l’ingénierie écologique

Les connaissances en écologie peuvent être mises en pratique pour limiter les impacts de l’humanité, conserver les espèces dans leur environnement ou restaurer des services écosystémiques.

Ces applications constituent l’ingénierie écologique.

Chapitre : Écosystèmes et services environnementaux

I – Les écosystèmes : des interactions dynamiques

A – Interactions vivants ↔ milieu

• Écosystème = biocénose + biotope.

• Relations :

  • Compétition (eau, lumière, nutriments),

  • Exploitation (prédation, parasitisme),

  • Coopération (mutualisme, symbiose).

B – Fonctionnement

• Flux de matière et d’énergie (ex. chenille mange feuille).

• Photosynthèse = entrée de matière + énergie.

• Chaînes alimentaires : transfert partiel d’énergie (1–2 %).

• Cycles biogéochimiques : C, N, H₂O circulent grâce aux micro-organismes.

C – Équilibre et résilience

• Après perturbation (incendie, maladie) : recolonisation → pionnières → intermédiaires → stade mature.

• Résilience = retour à un état initial.

• Perturbations répétées → perte de résilience → état dégradé.

II – L’humanité et les écosystèmes

A – Services écosystémiques

• Approvisionnement : bois, nourriture, molécules pharmaceutiques.

• Régulation : dépollution, lutte contre l’érosion, stockage carbone.

• Culturels & sociaux : loisirs, valeurs patrimoniales, éthiques, spirituelles.

B – Impacts humains

• Exploitation (chasse, pêche, déforestation).

• Modification du biotope (pollution, érosion, climat).

• Conséquences : perte de biodiversité, déséquilibre des cycles.

C – Ingénierie écologique

Application des connaissances écologiques pour :

• limiter les impacts humains,

• conserver les espèces,

• restaurer les services écosystémiques.

• Écologue (Bac+5 minimum) : spécialiste du fonctionnement des écosystèmes, il analyse les interactions entre espèces et milieu, évalue l’impact des activités humaines et propose des solutions de conservation.

• Ingénieur·e en génie écologique (Bac+5 minimum) : il conçoit et met en œuvre des projets de restauration d’écosystèmes (zones humides, forêts, cours d’eau) afin de préserver ou rétablir les services écosystémiques.

• Gestionnaire de parc naturel (Bac+3 minimum) : il assure la protection, l’entretien et la valorisation d’espaces protégés (parcs nationaux, réserves). Son travail combine suivi scientifique, gestion de la biodiversité et sensibilisation du public.

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