Spécialité SVT 1ʳᵉ
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Écosystèmes et services environnementaux
Interactions dynamiques au sein des écosystèmes, services écosystémiques et gestion durable par l'humanité (thème Enjeux contemporains de la planète)
À propos de cette page
Ce cours de spécialité SVT en première sur « Écosystèmes et services environnementaux » suit le programme officiel de spécialité SVT de première. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : L'essentiel, Interactions entre êtres vivants et avec le milieu, Flux d'énergie et cycles de la matière, Équilibre dynamique, perturbations et résilience. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de première à réussir en spécialité SVT.
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L'essentiel
Écosystème : ensemble formé par une biocénose (les êtres vivants de toutes les espèces présentes) et un biotope (le milieu physico-chimique : sol, eau, climat, lumière), reliés par des interactions qui évoluent dans le temps. Une mare, une hêtraie ou un récif corallien sont des écosystèmes.
Réseau trophique : ensemble des chaînes alimentaires interconnectées d'un écosystème. On y distingue les producteurs primaires (autotrophes chlorophylliens), les consommateurs (hétérotrophes : herbivores, carnivores, omnivores) et les décomposeurs (bactéries, champignons, petits animaux du sol) qui transforment la matière organique morte en matière minérale.
Équilibre dynamique : les effectifs des populations fluctuent en permanence, mais autour d'un état moyen stable. Résilience : capacité d'un écosystème à retrouver un fonctionnement comparable après une perturbation.
Services écosystémiques : bénéfices que l'humanité retire des écosystèmes. On distingue les services d'approvisionnement, de régulation et culturels ; tous reposent sur des fonctions de support (formation des sols, production primaire, cycles de la matière).
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Interactions entre êtres vivants et avec le milieu
Les êtres vivants d'un écosystème interagissent entre eux (interactions biotiques) et avec leur milieu (interactions avec les facteurs abiotiques). On note « + » un effet bénéfique, « − » un effet défavorable, « 0 » l'absence d'effet notable.
| Interaction | Effets (A / B) | Exemple |
|---|---|---|
| Prédation (dont herbivorie) | + / − | la chouette effraie et le mulot |
| Parasitisme | + / − | la tique et le chevreuil |
| Compétition | − / − | le hêtre et le chêne pour la lumière |
| Mutualisme (symbiose si l'association est étroite et durable) | + / + | les bactéries Rhizobium des nodosités d'une légumineuse |
| Commensalisme | + / 0 | le héron garde-bœufs et le bétail qui fait fuir les insectes |
Relations avec le milieu : les facteurs abiotiques (température, lumière, humidité, pH du sol) déterminent quelles espèces peuvent vivre dans un biotope. En retour, les êtres vivants modifient le milieu : le castor crée des zones humides par ses barrages, les vers de terre aèrent et brassent le sol, le couvert forestier crée un microclimat frais et produit l'humus.
Ces interactions sont dynamiques : elles varient selon les saisons, les années et l'histoire de l'écosystème. Un même individu est à la fois proie, prédateur, hôte de parasites et compétiteur.
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Flux d'énergie et cycles de la matière
Flux d'énergie : l'énergie lumineuse est convertie en énergie chimique (matière organique) par la photosynthèse — de l'ordre de 1 % seulement de l'énergie solaire reçue. À chaque niveau trophique, une partie de la biomasse n'est pas consommée, une partie de ce qui est ingéré n'est pas assimilée (excréments) et l'essentiel de l'énergie assimilée sert à la respiration, puis se dissipe en chaleur. L'énergie traverse l'écosystème : elle ne se recycle pas.
Rendement écologique (efficacité de transfert) = production (ou énergie assimilée) du niveau n + 1 ÷ celle du niveau n × 100. Son ordre de grandeur est de 10 %, avec de fortes variations (environ 5 à 20 %).
Exemple (données réelles). Dans la rivière de Silver Springs, les rendements successifs valent 3 368 ÷ 20 810 ≈ 16 %, 383 ÷ 3 368 ≈ 11 % et 21 ÷ 383 ≈ 5,5 % : la « règle des 10 % » est un ordre de grandeur, pas une loi.
Cycles de la matière : les producteurs prélèvent du CO₂ et des ions minéraux (nitrates, phosphates) pour fabriquer leur matière organique ; celle-ci circule le long des chaînes alimentaires ; les décomposeurs minéralisent cadavres, feuilles mortes et excréments, ce qui rend au biotope le CO₂ et les ions minéraux. La matière (carbone, azote, phosphore) est donc recyclée.
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Équilibre dynamique, perturbations et résilience
Perturbation : événement qui détruit brutalement une partie de la biomasse ou modifie le milieu. Elle est naturelle (incendie, tempête, crue, sécheresse) ou d'origine humaine (défrichement, pollution, surpêche, espèce introduite).
Succession écologique : après une perturbation, des espèces pionnières recolonisent le milieu, puis sont remplacées par des communautés successives jusqu'à un état mature. En climat tempéré : friche herbacée → fourrés et landes → forêt.
Résilience et seuil : la résilience est d'autant plus forte que la biodiversité est élevée (plusieurs espèces assurent la même fonction) et que les perturbations sont modérées et espacées. Au-delà d'un seuil, l'écosystème peut basculer vers un autre état stable, difficilement réversible : un lac enrichi en phosphore passe d'une eau claire à une eau turbide dominée par le phytoplancton.
Exemple : les loups de Yellowstone. Disparus du parc dans les années 1920, les loups y ont été réintroduits en 1995-1996 (une trentaine d'individus venus du Canada). Les wapitis, chassés, ont moins brouté les saules et les trembles des berges, ce qui a favorisé le retour des castors : c'est une cascade trophique. L'ampleur exacte de cet effet reste discutée, car d'autres facteurs (ours, sécheresses, chasse humaine) ont joué.
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L'humanité et les services écosystémiques
Classification issue de l'Évaluation des écosystèmes pour le millénaire (2005) :
| Catégorie | Ce que l'écosystème apporte | Exemples |
|---|---|---|
| Approvisionnement | des produits prélevés | nourriture, bois, eau douce, fibres, molécules médicinales |
| Régulation | le contrôle de processus naturels | pollinisation, épuration de l'eau, stockage de carbone, protection contre les crues et l'érosion, contrôle des ravageurs |
| Culturels | des bénéfices immatériels | loisirs, tourisme, paysages, valeur spirituelle, éducation |
| Support | les fonctions dont dépendent les autres | formation des sols, photosynthèse, cycles de la matière |
Chiffres sourcés. Selon l'IPBES (2016), plus de 75 % des principaux types de cultures alimentaires mondiales dépendent au moins en partie de la pollinisation animale ; la production annuelle directement concernée est estimée entre 235 et 577 milliards de dollars. Selon l'IPBES (2019), environ 1 million d'espèces animales et végétales, sur quelque 8 millions estimées, sont menacées d'extinction.
Un service qui a un prix. À la fin des années 1990, New York a choisi de protéger les forêts et zones humides du bassin versant des Catskills, qui épurent son eau potable, plutôt que de construire une usine de filtration : en ordre de grandeur, 1 à 1,5 milliard de dollars contre 6 à 8 milliards (hors fonctionnement).
Les services peuvent entrer en conflit : drainer une zone humide pour la cultiver augmente un service d'approvisionnement, mais supprime l'épuration de l'eau et l'écrêtement des crues (régulation).
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Gestion durable, restauration et ingénierie écologique
Gestion durable : exploiter un écosystème sans dépasser sa capacité de renouvellement, pour maintenir ses services sur le long terme. Exemples : quotas et tailles minimales de pêche, aires marines protégées, agroécologie (haies, rotations, couverts végétaux, lutte biologique).
Restauration écologique : aider un écosystème dégradé à se rétablir, en supprimant la cause de la dégradation puis en laissant jouer la résilience. Exemple : sur la Sélune (Manche), les barrages de Vézins et de La Roche-qui-Boit ont été démantelés à partir de 2019 pour rouvrir la rivière aux poissons migrateurs comme le saumon atlantique.
Ingénierie écologique : utiliser des êtres vivants et des processus écologiques comme outils d'aménagement. Exemples : fascines et tressages de saules vivants pour stabiliser une berge (génie végétal), filtres plantés de roseaux pour épurer les eaux usées, zones humides tampons, passes à poissons, replantation de haies.
Le bocage. La France a perdu environ 70 % de ses haies depuis 1950 (ordre de grandeur, ministère de l'Agriculture, 2023). Replanter des haies restaure plusieurs services à la fois : abri des pollinisateurs et des auxiliaires, frein à l'érosion et au ruissellement, stockage de carbone, paysage.
Une solution d'ingénierie écologique s'entretient en partie seule (les plantes poussent et se multiplient) et fournit plusieurs services ; en contrepartie, elle met du temps à devenir efficace et son efficacité varie avec les saisons.
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Méthodes
Méthode 1 — Calculer et interpréter un rendement écologique
- Repérer les deux niveaux trophiques et vérifier que les grandeurs comparées sont de même nature (production ou énergie assimilée) et dans la même unité.
- Calculer : grandeur du niveau n + 1 ÷ grandeur du niveau n × 100.
- Comparer à l'ordre de grandeur de 10 %.
- Interpréter le reste : non consommé, non assimilé, respiration dissipée en chaleur.
Exemple rédigé. Dans un étang, la production du zooplancton est de 2 740 kJ·m⁻²·an⁻¹ et celle des poissons qui s'en nourrissent de 236 kJ·m⁻²·an⁻¹. Rendement = 236 ÷ 2 740 × 100 ≈ 8,6 %, proche de l'ordre de grandeur attendu. Plus de 91 % de la production du zooplancton ne devient donc pas production de poissons : zooplancton non consommé (qui rejoint les décomposeurs), matière non assimilée (excréments) et surtout respiration des poissons, dissipée en chaleur.
Méthode 2 — Prévoir l'effet d'une perturbation dans un réseau trophique
- Écrire la chaîne concernée ; la flèche signifie « est mangé par ».
- Identifier la population directement touchée.
- Propager l'effet niveau par niveau : moins de prédateurs → plus de proies → moins de ressources de ces proies.
- Nuancer : autres prédateurs, autres proies, délais.
Exemple rédigé. Un insecticide non sélectif élimine les coccinelles d'un champ de blé. Chaîne : blé → pucerons → coccinelles. La prédation sur les pucerons diminue, ils prolifèrent et prélèvent davantage de sève : le blé s'affaiblit et le rendement agricole baisse. Limite : syrphes et oiseaux insectivores peuvent atténuer l'effet, s'ils n'ont pas été touchés eux aussi.
Méthode 3 — Exploiter un document pour argumenter un choix de gestion
- Nommer le ou les services en jeu et leur catégorie.
- Extraire les données avec leurs unités et les comparer.
- Relier les données à un mécanisme du cours.
- Conclure avec une nuance : service gagné, service perdu, limite du document.
Exemple rédigé. Une commune hésite à drainer une prairie inondable de 15 ha pour la cultiver. Un document indique qu'elle stocke environ 180 000 m³ d'eau lors d'une crue (données simplifiées). Service en jeu : écrêtement des crues (régulation) — cette eau n'atteint pas le bourg en aval. Drainer augmenterait l'approvisionnement (céréales) mais supprimerait ce stockage et l'épuration de l'eau. Conclusion : conserver la prairie, fauchée ou pâturée, maintient à la fois approvisionnement (foin) et régulation.
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Pièges et erreurs classiques
Matière ≠ énergie. La matière est recyclée par les décomposeurs ; l'énergie est dissipée en chaleur et ne revient jamais aux producteurs.
Sens des flèches. Dans une chaîne alimentaire, « A → B » signifie « A est mangé par B » : la flèche suit le transfert de matière, pas l'attaque.
Le 10 % n'est pas une loi. C'est un ordre de grandeur ; on calcule toujours avec des grandeurs de même nature et de même unité.
Équilibre dynamique ≠ immobilité, et résilience ≠ retour à l'identique : l'écosystème retrouve un fonctionnement comparable, pas forcément les mêmes individus ni les mêmes proportions d'espèces.
Pyramide des biomasses ≠ pyramide des énergies. En mer, la biomasse du zooplancton peut dépasser celle du phytoplancton à un instant donné, car le phytoplancton se renouvelle très vite ; la pyramide des énergies, elle, n'est jamais inversée.
Classer un service. La pollinisation est un service de régulation qui permet un service d'approvisionnement (les fruits) ; ne pas la classer elle-même en approvisionnement.
Ingénierie écologique ≠ béton « vert ». Elle utilise des êtres vivants et des processus écologiques ; un enrochement en blocs de béton n'en relève pas.
En bref
- Écosystème = biocénose + biotope + interactions (prédation, parasitisme, compétition, mutualisme, commensalisme, action sur le milieu).
- L'énergie traverse l'écosystème (rendement de l'ordre de 10 %, pertes en chaleur) ; la matière est recyclée grâce aux décomposeurs.
- Un écosystème est en équilibre dynamique ; sa résilience a des limites : au-delà d'un seuil, il bascule vers un autre état.
- Services écosystémiques : approvisionnement, régulation, culturels, appuyés sur des fonctions de support ; ils peuvent entrer en conflit.
- Gestion durable, restauration et ingénierie écologique visent à maintenir ou rétablir ces services sur le long terme.
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