Flux de matière et d'énergie dans un écosystème : définition et exemples

Tous les êtres vivants qui vivent dans un écosystème ont besoin de matière et d'énergie pour exécuter leurs fonctions vitales et, ainsi, développer leur cycle de vie. Les êtres vivants d'un écosystème se regroupent en niveaux trophiques selon la manière dont ils obtiennent de la matière et l'énergie, on distingue donc les niveaux suivants :

• Producteurs : formés d'organismes autotrophes chargés de capter et d'utiliser l'énergie solaire pour transformer la matière non organique en matière organique.
• Consommateurs : ce sont les organismes hétérotrophes qui se nourrissent des producteurs obtenant ainsi la matière et l'énergie nécessaires. Ces derniers sont divisés en consommateurs primaires, consommateurs secondaires et consommateurs tertiaires, selon leur relation de prédation.
• Décomposeurs : le groupe des organismes décomposeurs inclut les bactéries et champignons qui décomposent et transforment les restes organiques et non organiques en matière qui sera ensuite utilisée par les producteurs.

Ainsi, l'énergie circule dans un écosystème car elle est captée et fixée sous forme de matière par les producteurs, elle sera transférée aux niveaux trophiques supérieurs, toujours par le biais de relations de prédation, donnant ainsi lieu à des flux de matière et d'énergie dans les écosystèmes.

Le soleil est la principale source d'énergie pour la majorité des écosystèmes de notre planète. Mais, si le soleil donne l'énergie nécessaire, comment se produit le flux d'énergie dans les écosystèmes ? L'énergie circule de la manière suivante :

1. L'énergie solaire est absorbée et fixée en matière grâce au processus de photosynthèse réalisé par les producteurs, composants de base de la chaîne trophique : l'énergie fixée grâce à la photosynthèse représente uniquement 1% de la quantité totale d'énergie solaire qui arrive à la surface terrestre.
2. Cette énergie, au côté de la matière en forme de biomasse, est transférée dans les niveaux trophiques suivants jusqu'à arriver aux niveaux supérieurs avec une efficacité comprise entre 10 et 20% entre un niveau et un autre, donnant lieu au flux de matière et d'énergie de l'écosystème.
3. L'énergie au sein d'un écosystème est dissipée au fur et à mesure qu'elle se déplace dans l'écosystème, c'est-à-dire qu'elle est progressivement libérée dans l'environnement à chaque niveau trophique sous forme de chaleur par le processus de respiration cellulaire. Ces pertes d'énergie entre les différents niveaux trophiques limitent la longueur des chaînes trophiques ainsi que la biomasse qui atteindra les niveaux trophiques supérieurs. Ainsi, le flux d'énergie dans un écosystème est unidirectionnel, c'est-à-dire qu'il se déplace dans une seule direction, des producteurs aux niveaux trophiques supérieurs.
4. Au contraire, la matière qui résulte de chaque niveau trophique (cadavres d'êtres vivants, restes de ses organismes, excréments, branches, feuilles sèches...) s'accumule au sol et est ainsi à la disposition des organismes décomposeurs qui, de leur côté, libèrent aussi l'énergie sous forme de chaleur dans l'environnement.
5. Ces décomposeurs se chargent de transformer cette matière organique et de la restituer à l'environnement sous forme de matière non organique, qui sera encore une fois utilisée par les organismes autotrophes pour intégrer le réseau trophique. On peut donc distinguer un cycle de matière fermé et un flux d'énergie unidirectionnel.

L'une des caractéristiques les plus importantes du flux d'énergie des écosystèmes est que, d'une part, l'énergie n'est ni créée ni détruite, elle est seulement transformée et que, d'autre part, ce changement de forme entraîne une perte d'énergie sous forme de chaleur.

La structure des écosystèmes des niveaux trophiques et de leur flux d'énergie se produit de manière semblable dans les écosystèmes terrestres et marins, ceci à l'exception de certains organismes marins qui n'utilisent pas le soleil comme source d'énergie. Pour ne pas semer le doute sur ce dont nous allons vous parler dans cet article, sachez que nous allons nous concentrer sur le système terrestre et, spécifiquement, sur le réseau trophique des forêts. De manière générale, dans une forêt peuvent être identifiés les composants du réseau trophique suivants :

• Producteurs : arbres, arbustes et plantes.
• Consommateurs primaires : lapins, souris et écureuils.
• Consommateurs secondaires : du renard à l'épervier.
• Charognards : renards et vautours.
• Décomposeurs : insectes, champignons et bactéries, parmi d'autres micro-organismes divers.

Flux d'énergie dans un réseau trophique d'une forêt

1. L'eau et les sels minéraux présents dans le sol sont absorbés par les racines des arbres et des plantes. Ensuite, le tout est transporté vers les feuilles où, avec le CO2 et l'énergie captée du soleil, la matière organique est fabriquée grâce au processus de photosynthèse.
2. Ces plantes seront consommées par les consommateurs primaires.
3. Ces derniers seront à leur tour consommés par leurs prédateurs, les consommateurs secondaires et tertiaires qui s'en prennent aux "niveaux inférieurs".
4. De même, les feuilles qui tombent des arbres et des plantes, des branches, des fruits, etc., s'accumulent sur le sol de la forêt et les décomposeurs se chargent de transformer la matière organique en nutriments inorganiques. Ces nutriments seront à nouveau absorbés par les racines des plantes et des arbres, relançant ainsi le cycle.

Sur l'image ci-dessous vous pouvez voir un autre exemple plus général traitant de cette thématique, car vous verrez représenté un réseau trophique du sol, ce qui peut aussi vous servir comme exemples pour comprendre le flux d'énergie des écosystèmes.

Traduit depuis USDA Natural Resources Conservation Service : http://soils.usda.gov/sqi/soil_quality/soil_biology/soil_food_web.html

Les écosystèmes perdent l'énergie sous forme de chaleur, car les organismes vivants ne peuvent pas convertir la chaleur en d'autres formes d'énergie. La chaleur dérivée du processus de respiration cellulaire donne naissance à une augmentation de la température des organismes, phénomène qui est favorable pour les organismes à sang froid, ce qui leur permet d'être plus actifs. Malgré cela, et selon les lois physiques de la thermodynamique, la chaleur est transmise des corps plus froids aux corps plus chauds. De cette manière, au fil du temps, la chaleur produite par les organismes sera dissipée dans l'environnement. Cette dernière peut donc rester un certain dans l'écosystème, mais, au final, elle finira par se perdre.

Dans l'article suivant, on vous explique comment fonctionne un écosystème !

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