Dynamique des écosystèmes et biodiversité

Exercice 1 — Restitution organisée de connaissances : biodiversité et stabilité des écosystèmes
Corrigé — barème indicatif : introduction et plan 1 pt, lien diversité/résistance/résilience 2,5 pts, conséquences de l'érosion 1,5 pt, schéma 1 pt.

Introduction : la biodiversité désigne la variété du vivant aux niveaux génétique, spécifique et écosystémique. Au-delà de sa valeur patrimoniale, elle joue un rôle fonctionnel : elle conditionne la capacité d'un écosystème à encaisser et surmonter les perturbations. On montre d'abord comment elle assure la stabilité, puis ce qu'entraîne sa disparition.

1. La diversité, moteur de stabilité. Une forte richesse spécifique s'accompagne d'une redondance fonctionnelle : plusieurs espèces remplissent la même fonction écologique. Lorsqu'une perturbation élimine une espèce, une autre prend le relais, ce qui limite le changement d'état (résistance) et accélère le retour à l'équilibre (résilience). Les expériences de type BEF (Biodiversity-Ecosystem Functioning) le confirment : les prairies les plus diversifiées maintiennent une productivité plus stable dans le temps et résistent mieux aux invasions et aux sécheresses, grâce à la complémentarité des niches.

2. Le rôle des perturbations. Des perturbations d'intensité intermédiaire (théorie de Connell) entretiennent même la diversité en empêchant la dominance d'une seule espèce. Mais au-delà d'un seuil critique (point de bascule), l'écosystème peut basculer vers un autre état stable difficilement réversible (eutrophisation, désertification).

3. Les conséquences de l'érosion. L'érosion de la biodiversité (causes HIPPO) réduit la redondance fonctionnelle : l'écosystème devient moins résistant et moins résilient, plus vulnérable aux perturbations et aux invasions. La perte d'espèces clés de voûte peut provoquer un effondrement en cascade. À terme, les services écosystémiques (régulation du climat, pollinisation, ressources) sont compromis.

Conclusion : la biodiversité n'est pas un simple inventaire d'espèces mais le socle de la stabilité des écosystèmes ; sa préservation est donc indissociable du maintien des fonctions et des services dont dépendent les sociétés humaines.

Schéma attendu : Forte biodiversité → redondance fonctionnelle → [résistance : peu de changement sous perturbation] + [résilience : retour rapide à l'équilibre] → stabilité et maintien des services. En miroir : érosion de la biodiversité → perte de redondance → baisse de résistance/résilience → risque de point de bascule → effondrement des services.

Exercice 2 — Raisonnement scientifique : restauration d'une rivière par réintroduction
Corrigé — barème indicatif : Q1 1,5 pt, Q2 1 pt, Q3 1,5 pt, Q4 1 pt.

1. Le castor exerce, par ses barrages, un effet structurant sur tout l'écosystème (création de zones humides, remontée de la nappe, modification du cours d'eau) sans être abondant : son rôle est disproportionné par rapport à sa biomasse. Sa disparition avait dégradé l'écosystème, son retour le réorganise : c'est une espèce clé de voûte (espèce ingénieure de l'écosystème).

2. La biodiversité augmente nettement : les plantes de berge passent de 22 à 48 espèces (×2,2), les amphibiens de 3 à 11 espèces (×3,7), et plusieurs oiseaux d'eau reviennent. La richesse spécifique de plusieurs groupes est donc fortement restaurée.

3. En recréant des zones humides et en rehaussant la nappe, le castor rétablit des services de régulation : régulation du cycle de l'eau (stockage, soutien d'étiage en été, atténuation des crues), épuration de l'eau. Indirectement, il restaure aussi des services de soutien (habitats, cycle des nutriments) et des services culturels (paysage, observation de la faune).

4. Oui : la restauration écologique vise à réhabiliter un écosystème dégradé. Ici, la réintroduction d'une espèce clé relance des processus naturels (succession des communautés humides) qui reconstruisent un écosystème diversifié et fonctionnel, plutôt que d'agir directement sur chaque espèce. On exploite la dynamique écologique pour ramener l'écosystème vers un état stable et riche.

Exercice 3 — Raisonnement scientifique : perturbation intermédiaire dans un récif
Corrigé — barème indicatif : Q1 1 pt, Q2 1,5 pt, Q3 1,5 pt, Q4 1 pt.

1. La richesse spécifique varie de façon non monotone : faible quand les tempêtes sont rares (12 espèces), maximale pour une fréquence intermédiaire (31 espèces à 1 tempête tous les 5 ans), puis de nouveau faible quand les tempêtes sont très fréquentes (8 espèces). La courbe a une forme en cloche.

2. Quand les tempêtes sont rares, l'absence de perturbation laisse les coraux à croissance lente, plus compétitifs, exclure progressivement les espèces pionnières par exclusion compétitive. La communauté se réduit à quelques espèces dominantes, d'où une faible richesse.

3. Quand les tempêtes sont très fréquentes, seules les espèces pionnières à croissance rapide ont le temps de se réinstaller entre deux destructions ; les espèces à développement lent n'atteignent jamais la maturité. La communauté est bloquée à un stade pionnier pauvre, d'où une faible richesse.

4. Ces résultats illustrent la théorie des perturbations intermédiaires (Connell, 1978) : la biodiversité est maximale pour des perturbations de fréquence et d'intensité modérées, car elles empêchent à la fois l'exclusion compétitive et la domination des seules pionnières, permettant la coexistence d'un grand nombre d'espèces.

Exercice 4 — Mobilisation de connaissances : conservation et One Health
Corrigé — barème indicatif : Q1 1,5 pt, Q2 1,5 pt, Q3 1 pt.

1. La conservation in situ protège les espèces dans leur milieu naturel (ex. parc national, réserve naturelle, site Natura 2000) ; la conservation ex situ protège les espèces hors de leur milieu (ex. banque de semences du Svalbard, conservatoires botaniques, programmes d'élevage en zoo). L'in situ préserve les interactions et la dynamique évolutive, l'ex situ sert de secours et de réservoir génétique.

2. Une aire protégée isolée fonctionne comme une « île » : ses populations subissent dérive et risque d'extinction locale. Un corridor biologique relie plusieurs aires, rétablit les flux génétiques et la dispersion des espèces, permet la recolonisation après une perturbation locale et autorise le déplacement des espèces face au changement climatique. Il transforme des fragments isolés en réseau fonctionnel, augmentant la résilience de l'ensemble.

3. L'approche One Health (« Une seule santé ») reconnaît l'interdépendance des santés humaine, animale et des écosystèmes. La destruction des écosystèmes (déforestation, fragmentation) rapproche les humains des réservoirs animaux de pathogènes et favorise l'émergence de zoonoses (Covid-19, Ebola, grippe aviaire). Préserver la biodiversité et les milieux naturels constitue donc aussi une stratégie de prévention sanitaire.