Dynamique des écosystèmes et biodiversité

Exercice 1 — Analyse d'un écosystème perturbé
Corrigé :
1. La biocénose désigne l'ensemble des êtres vivants (animaux, végétaux, champignons, microorganismes) peuplant un milieu donné. Le biotope est le milieu physico-chimique (sol, eau, lumière, température, pH…). Leur interaction dynamique (flux de matière et d'énergie, interactions biotiques) constitue l'écosystème. (1 pt)
2. La résistance est la capacité d'un écosystème à ne pas changer d'état face à une perturbation. La résilience est la capacité à retrouver son état initial après une perturbation. La biodiversité (richesse spécifique, diversité fonctionnelle) favorise les deux : la redondance fonctionnelle (plusieurs espèces assurent la même fonction) amortit l'impact d'une perturbation (résistance) et permet le maintien des fonctions lors de la restauration (résilience). (2 pts)
3. Un incendie peut être bénéfique s'il est d'intensité et de fréquence intermédiaires (théorie de Connell, 1978) : il ouvre des clairières, supprime la végétation dominante et crée des niches pour les espèces pionnières héliophiles, augmentant la richesse spécifique. Un incendie trop fréquent ou trop intense serait au contraire destructeur pour la biodiversité. (1 pt)

Exercice 2 — Successions écologiques — étude de cas
Corrigé :
1. Une succession écologique est le processus de remplacement progressif et ordonné des communautés biologiques dans un écosystème, depuis un stade pionnier jusqu'au stade climacique stable. Primaire : sur substrat nu (ex. colonisation d'une coulée de lave volcanique par des lichens, puis des mousses, puis des herbacées) ; lente (siècles). Secondaire : sur milieu dégradé avec sol existant (ex. recolonisation d'une friche agricole abandonnée par des adventices, puis des arbustes, puis une forêt) ; plus rapide. (2 pts)
2. Facilitation : les espèces pionnières modifient le milieu (enrichissement du sol, ombrage partiel) de manière favorable aux espèces suivantes. Tolérance : les espèces du stade suivant s'installent lentement, même en présence des pionnières, car elles tolèrent leurs conditions. Inhibition : les espèces installées ralentissent ou empêchent l'installation des espèces suivantes (compétition), jusqu'à leur propre sénescence. (2 pts)
3. La restauration écologique s'appuie sur les successions en choisissant des espèces pionnières adaptées au milieu dégradé pour amorcer la dynamique successionnelle. En gérant la végétation (débroussaillage, pâturage contrôlé), on peut orienter et accélérer l'évolution vers un stade climacique riche en espèces, en évitant les stades intermédiaires de faible diversité. (1 pt)

Exercice 3 — Mesure et interprétation de la biodiversité
Corrigé :
1. Forêt P : $p_A = 0{,}6$, $p_B = 0{,}3$, $p_C = 0{,}1$
$H'_P = -(0{,}6\ln0{,}6 + 0{,}3\ln0{,}3 + 0{,}1\ln0{,}1) = -(0{,}6\times(-0{,}511) + 0{,}3\times(-1{,}204) + 0{,}1\times(-2{,}303))$
$= -(-0{,}307 - 0{,}361 - 0{,}230) = 0{,}90$ (1 pt)
Forêt Q : $p_A = p_B = p_C \approx 0{,}333$
$H'_Q = -(3 \times 0{,}333 \times \ln 0{,}333) = -(3 \times 0{,}333 \times (-1{,}099)) = 1{,}10 \approx \ln 3 \approx 1{,}10$ (1 pt, ou résultat exact $\ln 3 \approx 1{,}10$)
Calculs corrects avec justification : +1 pt (2 pts) → Total 3 pts
2. La forêt Q est plus diversifiée ($H'_Q = 1{,}10 > H'_P = 0{,}90$) bien que les deux aient le même nombre d'espèces (S = 3). Cela s'explique par l'équitabilité : en forêt Q, les trois espèces ont des abondances presque égales (équitabilité maximale E ≈ 1), alors qu'en forêt P l'espèce A domine largement. L'indice de Shannon tient compte de l'abondance relative, pas seulement du nombre d'espèces. (1 pt)
3. La diversité bêta mesure la variation de composition spécifique entre différents habitats d'un territoire. Elle est complémentaire de la diversité alpha (richesse locale) : un territoire peut avoir une faible diversité alpha dans chaque habitat mais une forte diversité bêta (habitats très différents), pour une richesse régionale (gamma) élevée. Conserver la diversité bêta revient à conserver la mosaïque d'habitats. (1 pt)

Exercice 4 — Érosion de la biodiversité et services écosystémiques
Corrigé :
1. Habitat loss : destruction et fragmentation des habitats → ex. déforestation de la forêt amazonienne pour l'agriculture de soja. Invasive species : espèces exotiques envahissantes → ex. frelon asiatique Vespa velutina qui décime les populations d'abeilles européennes. Pollution : contamination des milieux → ex. marée noire impactant les écosystèmes marins côtiers. Population (surpopulation et surexploitation) → ex. surpêche du thon rouge en Méditerranée. Overexploitation : prélèvements au-delà du renouvellement → ex. braconnage de l'éléphant pour l'ivoire. (2 pts, 0,4 pt par lettre correctement illustrée)
2. Pour $A = 81$ km² : $S = 10 \times 81^{0{,}25} = 10 \times 3 = 30$ espèces. (car $81^{0{,}25} = (3^4)^{0{,}25} = 3$)
Pour $A = 1$ km² : $S = 10 \times 1^{0{,}25} = 10 \times 1 = 10$ espèces. (1 pt pour les deux calculs corrects)
Interprétation : réduire la surface de 81 à 1 km² (÷ 81) divise la richesse spécifique par 3 seulement (30 → 10). La relation est non linéaire (loi puissance avec z < 1) : les petits fragments conservent une fraction notable des espèces, mais la perte reste significative (-67%). Cela justifie la protection de grands fragments et la création de corridors. (1 pt)

Exercice 5 — Argumentation scientifique sur la conservation
Corrigé : La réponse attendue doit articuler trois arguments principaux :

1. Services écosystémiques (1 pt si au moins 2 types cités avec exemples) : les écosystèmes riches en biodiversité fournissent des services d'approvisionnement (alimentation, médicaments issus du vivant), de régulation (purification de l'eau, régulation du climat, pollinisation des cultures, protection contre les inondations) et culturels (tourisme, bien-être). Ces services ont une valeur économique considérable (milliers de milliards de dollars/an selon les estimations).

2. Résilience (0,5 pt) : une biodiversité élevée assure la stabilité et la résilience des écosystèmes via la redondance fonctionnelle. Des écosystèmes résilients maintiennent leurs services face aux perturbations climatiques croissantes.

3. One Health (0,5 pt) : la destruction des écosystèmes favorise l'émergence de zoonoses (Covid-19, Ebola, grippe aviaire) en rapprochant humains et réservoirs animaux. Préserver la biodiversité et les écosystèmes naturels est donc une stratégie de santé publique : c'est le sens de l'approche « Une seule santé ».

Critères de notation : 0,5 pt si un seul argument développé, 1 pt si deux arguments, 2 pts si trois arguments bien développés avec exemples pertinents.