À propos de cette page
Ce cours de spécialité svt en terminale sur « Dynamique des écosystèmes et biodiversité » suit le programme officiel de spécialité svt de terminale. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : L'écosystème : rappels et organisation, Les perturbations des écosystèmes, Les successions écologiques, La résilience des écosystèmes. 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 terminale à réussir en spécialité svt.
Au programme
1 · L'écosystème : rappels et organisation
2 · Les perturbations des écosystèmes
3 · Les successions écologiques
4 · La résilience des écosystèmes
5 · Mesurer la biodiversité
6 · Érosion de la biodiversité : causes et mécanismes
7 · Les services écosystémiques
8 · Conservation et restauration de la biodiversité
1L'écosystème : rappels et organisation
Un écosystème est l'ensemble formé par une communauté d'êtres vivants (biocénose) en interaction avec son milieu physico-chimique (biotope). Ces deux composantes sont liées par des flux de matière et d'énergie.
Définition. La biodiversité (diversité biologique) désigne la variété du vivant à tous les niveaux d'organisation : diversité génétique (au sein d'une espèce), diversité spécifique (nombre d'espèces) et diversité des écosystèmes.
Les organismes d'un écosystème occupent des niveaux trophiques (producteurs primaires, consommateurs primaires, secondaires…, décomposeurs). Les interactions entre espèces peuvent être :
- Compétition : deux espèces en concurrence pour une ressource commune.
- Prédation / parasitisme : relation antagoniste entre prédateur/parasite et proie/hôte.
- Mutualisme : relation bénéfique pour les deux espèces (ex. mycorrhizes).
- Commensalisme : une espèce bénéficie sans affecter l'autre.
Rappel clé. La productivité primaire nette (PPN) est la quantité de matière organique disponible pour les consommateurs après soustraction de la respiration des producteurs primaires : $PPN = PBP - R$.
2Les perturbations des écosystèmes
Une perturbation est tout événement qui déstructure un écosystème en modifiant les ressources, les habitats ou la composition de la biocénose. On distingue :
| Type | Exemples | Effet principal |
|---|
| Perturbations naturelles | Incendie naturel, tempête, éruption volcanique, inondation, épidémie | Destruction partielle ou totale de la biocénose |
| Perturbations anthropiques | Déforestation, agriculture intensive, urbanisation, pollutions, espèces invasives | Fragmentation, appauvrissement, disparition d'habitats |
L'intensité, la fréquence et l'étendue spatiale des perturbations déterminent leurs effets sur la biodiversité. La théorie des perturbations intermédiaires (Connell, 1978) stipule que la diversité maximale est atteinte pour des perturbations de fréquence et d'intensité modérées.
Attention ! Une perturbation très fréquente ou très intense peut anéantir la biodiversité, tandis qu'une absence totale de perturbation peut conduire à la dominance d'une seule espèce climacique.
3Les successions écologiques
Après une perturbation, l'écosystème se reconstitue progressivement : c'est la succession écologique. On distingue deux types :
Succession primaire. Elle se déroule sur un substrat nu, vierge de toute végétation (roche volcanique refroidie, dune de sable). Elle est lente (plusieurs siècles).
Succession secondaire. Elle se déroule sur un milieu dégradé où subsistent des propagules (graines, spores, litière). Elle est plus rapide que la succession primaire.
Chaque stade de la succession est appelé stade seral. Le stade final, stable, est le climax (ex. forêt tempérée caducifoliée en Europe de l'Ouest).
Exemple. Après un incendie de forêt méditerranéenne :
1. Espèces pionnières héliophiles (cistes, asphodèles) colonisent le sol nu.
2. Arbustes (maquis : bruyères, cistes arborescents) s'installent.
3. Arbres (chênes verts) s'implantent, ombrage croissant.
4. Stade climacique : chênaie dense.
Les espèces pionnières modifient le milieu (sol, microclimat) et le rendent favorable aux espèces suivantes : c'est la facilitation. D'autres mécanismes existent :
- Tolérance : les espèces ultimes tolèrent les stades précoces et s'installent lentement.
- Inhibition : les espèces installées retardent l'installation des suivantes.
4La résilience des écosystèmes
La résilience d'un écosystème est sa capacité à retourner à son état d'équilibre après une perturbation. Elle dépend de la redondance fonctionnelle : plusieurs espèces remplissent la même fonction écologique, ce qui tamponne les effets de la perte d'une espèce.
Résistance vs résilience. La résistance est la capacité d'un écosystème à résister à la perturbation (peu de changement d'état). La résilience est la capacité à récupérer rapidement après la perturbation. Les deux sont liées à la diversité biologique.
Des travaux expérimentaux (ex. Biodiversity and Ecosystem Functioning — BEF) ont montré que la biodiversité augmente la stabilité des écosystèmes :
- Des prairies plus diversifiées en espèces végétales montrent une productivité plus stable dans le temps.
- La richesse spécifique améliore la résistance aux invasions biologiques.
Astuce. L'indice de résilience peut être quantifié par le temps de retour à l'état d'équilibre ($t_{retour}$) : plus il est court, plus l'écosystème est résilient.
Attention ! Un écosystème peut franchir des seuils critiques (points de bascule) au-delà desquels il bascule vers un autre état stable, difficile voire impossible à inverser (ex. désertification, eutrophisation lacustre).
5Mesurer la biodiversité
La biodiversité se mesure à plusieurs échelles :
| Échelle | Indice / mesure | Description |
|---|
| Diversité alpha (α) | Richesse spécifique $S$ | Nombre d'espèces dans un habitat |
| Diversité alpha (α) | Indice de Shannon $H'$ | $H' = -\sum_{i=1}^{S} p_i \ln(p_i)$, tient compte de l'abondance relative |
| Diversité bêta (β) | Indice de Sørensen, Jaccard | Dissimilarité entre deux habitats |
| Diversité gamma (γ) | Richesse régionale | Diversité totale d'un grand territoire |
Où $p_i$ est la fréquence relative de l'espèce $i$ dans la communauté. $H'$ est maximal quand toutes les espèces ont la même abondance (équitabilité $E = \frac{H'}{\ln S}$).
Exemple de calcul. Dans une prairie avec 3 espèces : espèce A (50 ind.), B (30 ind.), C (20 ind.) soit $N = 100$.
$p_A = 0{,}5$, $p_B = 0{,}3$, $p_C = 0{,}2$
$H' = -(0{,}5\ln 0{,}5 + 0{,}3\ln 0{,}3 + 0{,}2\ln 0{,}2) \approx 1{,}03$
6Érosion de la biodiversité : causes et mécanismes
Le taux actuel d'extinction des espèces est estimé à 100 à 1 000 fois le taux naturel d'extinction de fond, conduisant certains scientifiques à parler de sixième extinction de masse.
Les causes sont résumées par l'acronyme HIPPO :
Causes de la crise de biodiversité (HIPPO).
H — Habitat loss (destruction et fragmentation des habitats)
I — Invasive species (espèces exotiques envahissantes)
P — Pollution
P — Population (surpopulation humaine et surexploitation)
O — Overexploitation (surpêche, braconnage, surexploitation forestière)
La fragmentation des habitats est particulièrement dommageable : elle isole les populations, réduit les flux génétiques, crée des effets de bordure défavorables, et augmente la vulnérabilité aux perturbations. La biologie de la conservation quantifie cela via la théorie de la biogéographie insulaire (MacArthur & Wilson) :
$$S \approx c \cdot A^z$$
Où $S$ = richesse spécifique, $A$ = surface de l'île/fragment, $c$ et $z$ sont des constantes (généralement $z \approx 0{,}25$ pour les îles océaniques). Une réduction de surface entraîne une baisse prévisible de la richesse spécifique.
Attention ! Les espèces envahissantes constituent la 2e cause de disparition de biodiversité dans les îles. Elles perturbent les relations interspécifiques évoluées localement et peuvent dégrader irréversiblement les écosystèmes.
7Les services écosystémiques
Les services écosystémiques (ou services rendus par les écosystèmes) sont les bénéfices que les êtres humains retirent des écosystèmes. Le Millennium Ecosystem Assessment (ONU, 2005) les classe en quatre catégories :
| Catégorie | Exemples |
|---|
| Services d'approvisionnement | Alimentation, eau douce, bois, fibres, médicaments |
| Services de régulation | Régulation du climat, purification de l'eau, pollinisation, contrôle des crues |
| Services culturels | Tourisme, récréation, esthétique, valeur spirituelle |
| Services de soutien | Formation des sols, cycle des nutriments, production primaire |
La biodiversité est le socle de ces services : plus un écosystème est riche en espèces, plus il est capable de fournir des services stables dans le temps. Des études économiques estiment la valeur des services écosystémiques mondiaux à plusieurs dizaines de milliers de milliards de dollars par an.
Exemple. La pollinisation par les abeilles sauvages et domestiques est indispensable à environ 75 % des cultures mondiales. Leur déclin (lié aux pesticides, aux maladies, à la perte d'habitats) menace directement la sécurité alimentaire mondiale.
Astuce. Pour le bac, retiens que la biodiversité est à la fois une composante des services écosystémiques (diversité du vivant = ressource directe) et un moteur de leur fonctionnement (stabilité, résilience).
8Conservation et restauration de la biodiversité
Face à l'érosion de la biodiversité, des stratégies de conservation existent à différentes échelles :
- Aires protégées : parcs nationaux, réserves naturelles, sites Natura 2000 (EU). En 2022, la COP15 de Montréal a fixé l'objectif de protéger 30 % des terres et des océans d'ici 2030 (accord « 30×30 »).
- Corridors biologiques : connexions entre habitats fragmentés permettant les flux génétiques et la dispersion des espèces (ex. Trame Verte et Bleue en France).
- Restauration écologique : réhabilitation d'écosystèmes dégradés (réintroduction d'espèces, reforestation, dépollution).
- Conservation ex situ : conservatoires botaniques, cryoconservation de semences (Svalbard Global Seed Vault), banques de gènes.
Approche One Health. L'approche « Une seule santé » reconnaît l'interdépendance de la santé humaine, animale et des écosystèmes. La destruction des écosystèmes favorise l'émergence de zoonoses (maladies transmises de l'animal à l'homme).
Astuce bac. Pour l'évaluation des pratiques scientifiques (EPS), sois capable d'analyser un protocole d'inventaire de biodiversité (quadrats, transects, indice Shannon) et d'évaluer l'impact d'une pratique humaine sur la biodiversité à partir de données.
La restauration écologique s'appuie sur la compréhension des successions écologiques : favoriser les espèces pionnières adaptées, puis gérer la végétation pour accélérer la succession vers un stade climacique stable et riche en espèces.
★À retenir
En bref :
• Un écosystème = biocénose + biotope ; la biodiversité s'évalue aux niveaux génétique, spécifique et écosystémique.
• Les perturbations structurent les écosystèmes ; une perturbation intermédiaire maximise la biodiversité (Connell).
• Les successions écologiques (primaires ou secondaires) mènent vers un stade climacique par facilitation, tolérance ou inhibition.
• La résilience dépend de la diversité fonctionnelle et de la redondance des espèces.
• L'indice de Shannon $H' = -\sum p_i \ln p_i$ mesure à la fois richesse et équitabilité.
• Causes de l'érosion : HIPPO (Habitat, Invasives, Pollution, Population, Overexploitation).
• La fragmentation réduit la richesse spécifique selon $S \approx c \cdot A^z$.
• Les services écosystémiques (approvisionnement, régulation, culturels, soutien) dépendent de la biodiversité.
• Conservation : aires protégées, corridors biologiques, restauration, approche One Health.