Cours de Écologie – Licence 2

Un écosystème est l'ensemble formé par un milieu physique (biotope) et par les êtres vivants qui l'occupent (biocénose), reliés par des flux d'énergie et des cycles de matière. Ce chapitre présente les facteurs abiotiques et biotiques, la notion de tolérance et de facteur limitant, la production primaire (brute et nette), les cycles du carbone et de l'azote, le temps de résidence d'un élément,…

5 chapitres · exercices corrigés et quiz dans l'application

Programme : les chapitres

Chapitre à lire gratuitement : Les écosystèmes : structure, facteurs écologiques et cycles de la matière

1. Notions fondamentales

Définition : un écosystème est une unité fonctionnelle comprenant un biotope (facteurs physico-chimiques : climat, sol, eau) et une biocénose (ensemble des populations d'espèces qui y vivent). Les niveaux d'organisation de l'écologie sont l'individu, la population (même espèce, même lieu), la communauté (populations en interaction), l'écosystème, le biome et la biosphère.

Exemple : la mangrove du delta du Saloum (Rhizophora, Avicennia, poissons, mollusques, oiseaux) est un écosystème estuarien où la salinité et les marées structurent la biocénose.

2. Facteurs écologiques et tolérance

Les facteurs abiotiques (température, lumière, eau, salinité, pH, nutriments) et biotiques (compétition, prédation, parasitisme, mutualisme) agissent sur la répartition des espèces. Chaque espèce a, pour chaque facteur, une courbe de tolérance : un optimum, des limites inférieure et supérieure (zones de stress) et des valeurs létales. Une espèce sténoèce a une faible amplitude de tolérance, une espèce euryèce une grande.

Loi du minimum de Liebig : la croissance d'une plante est limitée par la ressource la plus rare relativement aux besoins (azote, phosphore, eau), et non par le total des ressources disponibles.

3. Production primaire

Définition : la production primaire brute (PPB ou GPP) est la quantité de matière organique ou d'énergie produite par photosynthèse par unité de surface et de temps. La production primaire nette (PPN) en est la partie restante après déduction de la respiration autotrophe R :

PPN = PPB − R

Exemple : une savane dont PPB = 2 400 g C·m⁻²·an⁻¹ et R = 1 200 g C·m⁻²·an⁻¹ a une PPN de 1 200 g C·m⁻²·an⁻¹, soit un rapport PPN/PPB de 0,5 (valeurs fictives). La PPN est la matière disponible pour les consommateurs et les décomposeurs. Elle dépend de la lumière, de l'eau, de la température et des nutriments ; en Afrique de l'Ouest, elle augmente du nord au sud avec la pluviométrie.

4. Les cycles biogéochimiques

Un cycle décrit le trajet d'un élément entre compartiments (stocks) par des flux. Le temps de résidence d'un élément dans un compartiment est :

temps de résidence = stock / flux

Exemple (valeurs fictives) : si un compartiment contient 1 500 unités et reçoit 60 unités par an, le temps de résidence est de 25 ans.

• Carbone : photosynthèse, respiration, décomposition, combustion, océan. La combustion d'énergies fossiles et la déforestation augmentent le CO₂ atmosphérique.
• Azote : fixation (bactéries Rhizobium des nodules de légumineuses comme l'arachide et le niébé), ammonification, nitrification, dénitrification. Les légumineuses enrichissent le sol, ce qui justifie leur place dans les rotations avec mil et sorgho.
• Phosphore : cycle sédimentaire sans composante atmosphérique importante ; souvent facteur limitant.

5. La décomposition et le sol

Les décomposeurs (bactéries, champignons, détritivores) minéralisent la matière organique morte. Sa vitesse dépend de la température, de l'humidité et de la qualité chimique des débris. En zone sahélienne, les termites jouent un rôle majeur. Un sol dégradé perd sa matière organique et sa capacité de rétention d'eau.

6. Échantillonnage et statistiques en écologie

On estime la densité d'une population sur une surface d'étude par des quadrats (carrés de surface connue) disposés au hasard. À partir de n comptages x_i :

• moyenne m = Σx_i/n ;
• variance s² = Σ(x_i − m)²/(n − 1) ;
• erreur standard SE = s/√n ;
• intervalle de confiance à 95 % : m ± t × SE, où t est la valeur de la loi de Student à n − 1 degrés de liberté (t = 2,201 pour 11 ddl).

Pour comparer deux moyennes (deux peuplements) à variances comparables, le test t de Student calcule

t = (m₁ − m₂) / √(s_p² (1/n₁ + 1/n₂))

avec s_p² la variance commune ; on compare à la valeur critique pour n₁ + n₂ − 2 ddl (2,228 pour 10 ddl au risque de 5 %).

Remarque : la répartition spatiale des individus peut être aléatoire, régulière ou agrégée ; l'indice de dispersion variance/moyenne (voisin de 1 pour une répartition aléatoire) permet de le préciser.

7. Retenir l'essentiel

• Toujours préciser l'échelle d'étude (individu, population, écosystème).
• Utiliser la loi du minimum pour identifier un facteur limitant.
• Écrire PPN = PPB − R avec les unités (g C·m⁻²·an⁻¹ ou kJ·m⁻²·an⁻¹).
• Un test statistique conclut sur une hypothèse, jamais sur la « vérité » d'un phénomène.