Les flux de matière et d'énergie dans les écosystèmes

Exercice 1 — Analyse d'un réseau trophique
Corrigé :
Q1 (2 pts) : Producteurs primaires : herbe et trèfle. Consommateur primaire : criquet (ou lapin ou mulot, au choix). Consommateur secondaire : renard (ou chouette). Supercarnivore : aigle (niveau 4).
Q2 (1 pt) : Les décomposeurs (bactéries et champignons du sol) sont absents du schéma mais indispensables : ils dégradent la matière organique morte (cadavres, excrétas) de tous les niveaux en matière minérale (CO₂, NO₃⁻…) réutilisable par les producteurs.
Q3 (2 pts) : Exemple : Herbe (niveau 1) → Lapin (niveau 2) → Renard (niveau 3) → Aigle (niveau 4). La flèche représente le transfert de matière et d'énergie de la proie vers le prédateur.

Exercice 2 — Calculs de flux d'énergie
Corrigé :
Q1 (2 pts) : PPN = PPB − R(producteurs) = 3 600 − 2 160 = 1 440 g C·m⁻²·an⁻¹. La PPN représente la matière organique nette disponible pour les consommateurs, après que les producteurs ont utilisé une part pour leur propre métabolisme.
Q2 (2 pts) : Production des herbivores = 10 % × 1 440 = 144 g C·m⁻²·an⁻¹. Production des carnivores = 12 % × 144 = 17,3 g C·m⁻²·an⁻¹.
Q3 (1 pt) : À chaque niveau trophique, environ 90 % de l'énergie est perdue (respiration, excrétas, matière non consommée). Les carnivores ne récupèrent donc qu'une infime fraction (ici ~1,2 %) de la PPN initiale.

Exercice 3 — Le rôle des décomposeurs
Corrigé :
Q1 (2 pts) :
• Étape 1 — fragmentation mécanique : les détritivores (vers de terre, cloportes, collemboles…) découpent la litière en fragments, augmentant la surface de contact.
• Étape 2 — minéralisation : les décomposeurs (bactéries et champignons) dégradent enzymatiquement la matière organique fragmentée en composés minéraux simples : CO₂, H₂O, ions NO₃⁻, PO₄³⁻…
Q2 (2 pts) : Sans décomposeurs, la matière organique morte s'accumulerait et les nutriments resteraient piégés sous forme organique, inaccessibles aux producteurs. La PPN chuterait, menaçant tout le réseau trophique. La décomposition restitue le CO₂ à l'atmosphère (flux retour du cycle du carbone) et les ions minéraux au sol, permettant aux producteurs de maintenir leur photosynthèse indéfiniment.

Exercice 4 — Biodiversité et stabilité des écosystèmes
Corrigé :
Q1 (2 pts) : Une espèce clé de voûte est une espèce dont le rôle écologique est disproportionné par rapport à sa biomasse : sa disparition déstabilise tout le réseau. Exemple : à Yellowstone, l'élimination des loups (prédateur clé) a entraîné une explosion des cerfs, le surpâturage des rives, l'érosion des berges et l'appauvrissement de la biodiversité locale (effet cascade négatif). La réintroduction des loups en 1995 a inversé ce processus.
Q2 (2 pts) : La prairie à 30 espèces présente une plus grande complémentarité de niche : les espèces exploitent différentes ressources du sol et de la lumière, maximisant la productivité globale. La redondance fonctionnelle (plusieurs espèces jouant le même rôle) permet une meilleure résilience face à la sécheresse — si une espèce dépérit, d'autres compensent. Ces résultats illustrent le lien direct entre biodiversité et efficacité des flux de matière/énergie.
Q3 (2 pts) : Les activités humaines (déforestation, agriculture intensive, urbanisation, changement climatique) appauvrissent la biodiversité, fragilisant les réseaux trophiques et réduisant les services écosystémiques (production alimentaire, stockage du carbone, épuration de l'eau). La conservation de la biodiversité est donc indissociable de la régulation des grands cycles biogéochimiques (carbone, azote) et de la sécurité alimentaire mondiale — des enjeux planétaires majeurs.