Écosystèmes et services environnementaux

a) Le biotope est le milieu physico-chimique de la mare : par exemple l'eau (sa température, son dioxygène dissous) et la vase du fond. La biocénose est l'ensemble des êtres vivants qui y vivent : par exemple les nénuphars et les daphnies. Biotope, biocénose et leurs interactions forment l'écosystème mare.

b) Producteurs (autotrophes chlorophylliens) : phytoplancton, nénuphars. Consommateurs (hétérotrophes qui mangent d'autres êtres vivants) : daphnies, larves de dytique, grenouilles vertes, héron cendré. Décomposeurs : bactéries et champignons de la vase.

c) phytoplancton → daphnie → larve de dytique → grenouille verte → héron cendré, la flèche signifiant « est mangé par ». Niveaux : producteur primaire (niveau 1), consommateur primaire (2), consommateur secondaire (3), consommateur tertiaire (4), consommateur quaternaire (5).

d) Les bactéries et champignons de la vase minéralisent les cadavres, les feuilles mortes de nénuphar et les excréments : ils libèrent du CO₂ et des ions minéraux (nitrates, phosphates). Or les producteurs ont besoin de ces ions minéraux et du CO₂ pour fabriquer leur matière organique. Sans décomposeurs, la matière organique morte s'accumulerait et les producteurs manqueraient d'ions : les décomposeurs bouclent le cycle de la matière.

a) 1) Mutualisme (+ / +) : l'abeille récolte nectar et pollen, qui la nourrissent ; le colza est pollinisé et forme davantage de graines. 2) Parasitisme (+ / −) : le gui prélève l'eau et les ions minéraux de la sève brute du pommier ; même s'il réalise sa propre photosynthèse (c'est un hémiparasite), il affaiblit l'arbre. 3) Prédation (+ / −) : le renard tue et mange le lapin. 4) Compétition (− / −) : les cavités sont en nombre limité ; chaque espèce réduit l'accès de l'autre à cette ressource.

b) L'algue réalise la photosynthèse et fournit de la matière organique au champignon ; le champignon apporte l'eau et les ions minéraux et protège l'algue du dessèchement. Les bénéfices sont réciproques et l'association est étroite et durable : c'est donc une symbiose. Elle permet au lichen de coloniser des rochers nus, où aucun des deux partenaires ne vivrait seul.

c) Le rémora en tire un bénéfice (transport, nourriture), le requin n'en tire ni avantage ni inconvénient notable : effets + / 0, c'est du commensalisme.

a) Approvisionnement (produits prélevés) : 1 (bois) et 6 (poissons). Régulation (contrôle de processus naturels) : 2 (pollinisation), 3 (régulation du climat par stockage de carbone), 5 (épuration) et 7 (protection contre l'érosion). Culturels (bénéfices immatériels) : 4 (loisirs) et 8 (valeur spirituelle).

b) L'humanité ne tire pas directement profit de la formation d'un sol : c'est un processus lent (altération de la roche, décomposition de la matière organique par les décomposeurs) qui conditionne la croissance des végétaux. Or la production végétale conditionne à son tour la nourriture, le bois ou le stockage de carbone. La formation du sol est donc une fonction de support, dont dépendent les autres services.

c) Une forêt fournit du bois de chauffage (approvisionnement), stocke du carbone et retient les sols (régulation), et accueille randonneurs et observateurs (culturel). Un même écosystème est donc multifonctionnel ; en conséquence, privilégier un service (couper beaucoup de bois) peut en dégrader d'autres.

a) Rendement = production du niveau n + 1 ÷ production du niveau n × 100.
Végétaux → criquets : 1 070 ÷ 12 600 × 100 ≈ 8,5 %.
Criquets → lézards : 96 ÷ 1 070 × 100 ≈ 9,0 %.
Lézards → couleuvres : 7,9 ÷ 96 × 100 ≈ 8,2 %.
Les trois valeurs sont proches de l'ordre de grandeur de 10 %.

b) 7,9 ÷ 12 600 × 100 ≈ 0,063 % : moins d'un millième de la production végétale se retrouve dans la production des couleuvres.

c) À chaque niveau, l'énergie non transmise correspond à : de la biomasse non consommée (végétaux non mangés, animaux morts) et de la matière ingérée mais non assimilée (excréments), qui sont utilisées par les décomposeurs ; surtout, l'énergie assimilée utilisée par la respiration, qui se dissipe en chaleur. Cette énergie ne peut plus être utilisée par les êtres vivants.

d) Avec un rendement proche de 8 à 9 %, un cinquième niveau aurait une production inférieure à 1 kJ·m⁻²·an⁻¹. Un prédateur de ce niveau devrait exploiter un territoire immense pour se nourrir : la population ne serait pas viable. Les pertes cumulées limitent la longueur des chaînes à 4 ou 5 maillons.

a) Entrée de carbone : 14,2 t C·ha⁻¹·an⁻¹. Sorties : 7,3 + 4,6 = 11,9 t C·ha⁻¹·an⁻¹. Bilan : 14,2 − 11,9 = + 2,3 t C·ha⁻¹·an⁻¹. Le bilan est positif : la forêt fixe plus de carbone qu'elle n'en rejette, c'est un puits de carbone.

b) Une mole de CO₂ (44 g) contient une mole de carbone (12 g). Masse de CO₂ correspondante : 2,3 × 44 ÷ 12 ≈ 8,4 t CO₂·ha⁻¹·an⁻¹ retirées de l'atmosphère.

c) Le carbone est stocké sous forme de matière organique dans la biomasse (bois des troncs, branches et racines), dans la litière et dans la matière organique du sol (humus).

d) Après une coupe rase, il n'y a presque plus d'arbres : la photosynthèse devient très faible. En revanche, les décomposeurs continuent de minéraliser la litière, les souches, les racines mortes et les rémanents ; le sol mis à nu se réchauffe, ce qui accélère leur activité. Les rejets dépassent alors les entrées : le bilan devient négatif et la parcelle devient une source de carbone, jusqu'à ce que la repousse rétablisse la photosynthèse.

a) L'incendie détruit presque toute la végétation (3 % de couverture). La recolonisation est rapide les premières années (27 % après 1 an, 58 % après 3 ans), puis ralentit (81 % après 6 ans, 86 % après 12 ans) : la couverture tend vers sa valeur initiale.

b) 90 % de l'état initial : 0,90 × 88 = 79,2 %. Après 3 ans, la couverture (58 %) est inférieure à 79,2 % ; après 6 ans, elle (81 %) est supérieure. La durée cherchée est donc comprise entre 3 et 6 ans.

c) La résilience est la capacité d'un écosystème à retrouver un fonctionnement comparable après une perturbation. Après 12 ans, la couverture atteint 86 %, soit environ 98 % de sa valeur initiale (86 ÷ 88 ≈ 0,98) : la garrigue est résiliente face à un incendie isolé, grâce aux plantes qui rejettent de souche et à celles qui germent après le feu. Nuance : la couverture ne dit rien de la composition en espèces, qui peut encore différer.

d) Des incendies tous les deux ans surviendraient avant que la végétation ait retrouvé sa couverture (27 % seulement après 1 an) : les plantes épuisent leurs réserves en rejetant sans cesse, et beaucoup n'ont pas le temps de produire des graines. Le sol, souvent nu, serait emporté par les pluies. L'écosystème pourrait alors franchir un seuil et basculer vers une pelouse rase ou un sol dénudé, sans retour spontané à la garrigue.

a) kelp → oursin → loutre de mer (la flèche signifie « est mangé par »).

b) 138 ÷ 11 ≈ 12,5 : il y a environ 12,5 fois plus d'oursins sur l'île sans loutres. Parallèlement, le kelp couvre 74 % du fond sur l'île A contre 7 % seulement sur l'île B, soit environ dix fois moins.

c) Les loutres, prédatrices des oursins, limitent leurs effectifs ; peu nombreux, les oursins ne consomment qu'une petite partie du kelp, qui forme une forêt. Sans loutres, la prédation disparaît, les oursins pullulent et broutent le kelp jusqu'à le faire disparaître. L'effet du prédateur se propage sur deux niveaux : c'est une cascade trophique.

d) Les loutres ne mangent pas le kelp et n'agissent pas sur lui : leur effet est indirect, il passe par un niveau intermédiaire, les oursins. De plus, comparer deux îles montre une corrélation ; c'est le mécanisme de prédation (oursins nombreux là où les loutres manquent) qui permet de proposer une relation de cause à effet, en supposant que les deux îles sont comparables pour les autres facteurs (température, courants).

a) Sans insectes, 3,6 % des fleurs donnent un fruit (autopollinisation ou vent) ; avec insectes, 31 %. Part des fruits due aux insectes : (31 − 3,6) ÷ 31 × 100 ≈ 88,4 %. Près de neuf pommes sur dix n'existeraient pas sans pollinisateurs.

b) Le nombre de visites diminue quand la distance au bosquet augmente : 19,4 visites à 30 m, 12,6 à 200 m, 3,8 à 500 m, soit environ cinq fois moins loin du bosquet (19,4 ÷ 3,8 ≈ 5,1). Hypothèse : les abeilles sauvages nichent et trouvent des ressources (fleurs variées, abris) dans le bosquet, et leur rayon de butinage est limité ; les arbres éloignés sont moins visités.

c) La pollinisation est un processus naturel assuré par des êtres vivants, que l'humain ne réalise pas lui-même : c'est un service de régulation. Le document 1 montre que la production de fruits, service d'approvisionnement, en dépend : sans insectes, la nouaison chute de 31 % à 3,6 %. Le service de régulation conditionne donc le service d'approvisionnement.

d) Pour maintenir la pollinisation, l'arboriculteur peut conserver les bosquets et planter des haies ou des bandes fleuries à moins de 200 m environ des arbres, laisser des sites de nidification et éviter les insecticides pendant la floraison. Ces mesures fournissent en outre d'autres services (abri d'auxiliaires contre les ravageurs, frein à l'érosion, paysage) : c'est une gestion durable, qui s'appuie sur le fonctionnement de l'écosystème. Limite : le document 2 mesure des visites, pas une production de fruits, et il établit une corrélation ; d'autres facteurs (exposition, variété) peuvent varier avec la distance.

a) Les sphaignes fixent du CO₂ par photosynthèse et fabriquent de la matière organique. Normalement, les décomposeurs minéralisent cette matière et rendent le CO₂ à l'atmosphère. Ici, l'eau, le manque de dioxygène et l'acidité freinent fortement leur activité : le cycle du carbone reste incomplet, la matière organique s'accumule en tourbe et le carbone y est stocké durablement.

b) Dans la tourbière drainée, la nappe est à 48 cm sous la surface : la tourbe supérieure est exposée à l'air. Le dioxygène permet aux décomposeurs de minéraliser une tourbe accumulée depuis longtemps, ce qui libère du CO₂ (9,6 t éq. CO₂·ha⁻¹·an⁻¹). En outre, les sphaignes ne couvrent que 5 % de la surface : il ne se forme presque plus de tourbe nouvelle. Le stock devient une source de carbone.

c) Réduction relative : (9,6 − 2,1) ÷ 9,6 × 100 ≈ 78,1 %. Émissions évitées par hectare : 9,6 − 2,1 = 7,5 t éq. CO₂·ha⁻¹·an⁻¹ ; sur 35 ha : 7,5 × 35 = 262,5 t éq. CO₂ par an.

d) L'affirmation est excessive. Certes, la nappe est remontée (14 cm), les sphaignes progressent (43 %) et les émissions ont fortement baissé. Mais la tourbière émet encore (2,1 t éq. CO₂·ha⁻¹·an⁻¹) au lieu de stocker du carbone, et les sphaignes ne recouvrent pas encore l'essentiel de la surface. Avec une accumulation de l'ordre du millimètre par an, reconstituer la tourbe perdue prendra des décennies à des siècles. Conclusion : la restauration est engagée, la résilience de l'écosystème est en marche, mais elle est lente et impose un suivi à long terme.

a) Abattement = (entrée − sortie) ÷ entrée × 100.
Azote : (58 − 17) ÷ 58 × 100 ≈ 70,7 %.
Phosphore : (7,4 − 2,9) ÷ 7,4 × 100 ≈ 60,8 %.
DBO5 : (245 − 23) ÷ 245 × 100 ≈ 90,6 %.
La matière organique est la mieux éliminée, le phosphore le moins bien.

b) Les bactéries fixées sur les graviers et les racines sont des décomposeurs : elles minéralisent la matière organique des eaux usées en CO₂ et en ions minéraux, ce qui explique la forte baisse de la DBO5. Les roseaux, producteurs, absorbent une partie des nitrates et des phosphates pour leur croissance ; d'autres bactéries, dans les zones privées de dioxygène, transforment les nitrates en diazote gazeux, qui retourne à l'atmosphère. Les racines oxygènent le substrat et évitent son colmatage. L'épuration repose donc sur les mêmes processus que le recyclage de la matière dans un écosystème.

c) Le dispositif n'utilise ni réactif chimique ni machine complexe : il utilise des êtres vivants (roseaux, bactéries) et des processus écologiques (minéralisation, absorption, dénitrification) pour rendre un service de régulation, l'épuration de l'eau. C'est la définition de l'ingénierie écologique ; il s'entretient en partie seul et offre en plus un habitat à la faune.

d) L'affirmation est fausse pour deux raisons. D'abord, l'essentiel de l'épuration est réalisé par les bactéries du substrat, dans un dispositif conçu pour elles (graviers, circulation de l'eau, surface adaptée au nombre d'habitants) ; les roseaux n'absorbent qu'une partie des ions. Ensuite, l'activité biologique dépend des conditions : en hiver, l'abattement de l'azote chute de 70,7 % à 41 % (document 2). Un fossé quelconque, non dimensionné, serait vite saturé et rejetterait une eau polluée dans le milieu.