Écosystèmes et Biodiversité | Exercices d'Écologie Université

Correction :

Ces trois termes sont des piliers de l'écologie et leur bonne compréhension est la base de toute étude environnementale.

1. Écosystème :

   Définition : Un écosystème est l'ensemble formé par une communauté d'organismes vivants (biocénose) et son environnement physique et chimique (biotope), interagissant les uns avec les autres de manière interdépendante.

2. Population :

   Définition : Une population désigne l'ensemble des individus d'une même espèce qui vivent dans une zone géographique donnée à un moment précis et qui sont capables de se reproduire entre eux.

3. Communauté (ou biocénose) :

   Définition : Une communauté (ou biocénose) est l'ensemble de toutes les populations d'espèces différentes (végétaux, animaux, microorganismes) qui vivent et interagissent dans un écosystème donné.

Correction :

Les rôles trophiques définissent la position d'un organisme dans la chaîne alimentaire et son mode d'acquisition d'énergie.

1. Plante verte :

   Rôle : Producteur primaire (réalise la photosynthèse, convertit l'énergie solaire en matière organique).

2. Cerf :

   Rôle : Consommateur primaire (herbivore, se nourrit des producteurs primaires).

3. Loup :

   Rôle : Consommateur secondaire (carnivore, se nourrit de consommateurs primaires comme le cerf).

4. Champignon :

   Rôle : Décomposeur (dégrade la matière organique morte et les déchets, recyclant les nutriments).

Correction :

Une chaîne trophique représente le transfert d'énergie et de matière d'un organisme à un autre. Elle commence toujours par un producteur.

1. Producteur : Gazon (synthétise sa propre matière organique par photosynthèse).
2. Consommateur primaire : Sauterelle (herbivore, se nourrit du gazon).
3. Consommateur secondaire : Serpent (carnivore, se nourrit de la sauterelle).
4. Consommateur tertiaire : Aigle (carnivore, se nourrit du serpent).

La chaîne trophique se présente donc comme suit :

Correction :

Le cycle du carbone est fondamental pour la vie sur Terre, régulant la concentration de $\ce{CO2}$ atmosphérique et le climat.

1. Réservoirs majeurs du carbone :

   • Atmosphère (sous forme de $\ce{CO2}$)
   • Océans (dissous en $\ce{CO2}$, carbonates, bicarbonates, et dans la biomasse marine)
   • Biomasse terrestre (plantes, animaux, sols)
   • Roches sédimentaires (carbonates, combustibles fossiles comme le charbon, le pétrole, le gaz naturel)

2. Processus clés :

   • Photosynthèse : Les producteurs (plantes, algues) absorbent le $\ce{CO2}$ atmosphérique ou dissous pour produire de la matière organique.
   • Respiration : Tous les organismes vivants (producteurs, consommateurs, décomposeurs) libèrent du $\ce{CO2}$ dans l'atmosphère par la respiration cellulaire en dégradant la matière organique.
   • Décomposition : Les décomposeurs (bactéries, champignons) dégradent la matière organique morte, libérant du $\ce{CO2}$ dans l'atmosphère et le sol.
   • Échanges océaniques : Le $\ce{CO2}$ dissous dans l'océan est en équilibre avec le $\ce{CO2}$ atmosphérique.
   • Sédimentation et fossilisation : Sur de très longues échelles de temps, le carbone peut être séquestré dans les roches sédimentaires et les combustibles fossiles.
   • Volcanisme : Libération naturelle de $\ce{CO2}$ par les volcans.

3. Perturbation par l'activité humaine :

   • Combustion des combustibles fossiles : La principale perturbation est la libération massive et rapide de carbone séquestré depuis des millions d'années (charbon, pétrole, gaz) sous forme de $\ce{CO2}$ dans l'atmosphère, augmentant l'effet de serre.
   • Déforestation : La destruction des forêts réduit la capacité de la planète à absorber le $\ce{CO2}$ par photosynthèse et libère le carbone stocké dans la biomasse lors de la combustion ou de la décomposition des arbres.

Correction :

La biodiversité peut être mesurée de différentes manières, la richesse spécifique étant la plus simple, mais la répartition des espèces (équitabilité) est aussi très importante.

1. Richesse spécifique :

   La richesse spécifique est simplement le nombre total d'espèces présentes dans une zone donnée.

   • Forêt A : 12 espèces
   • Forêt B : 18 espèces

   Réponse : La Forêt B présente la plus grande richesse spécifique (18 espèces contre 12).

2. Équitabilité/Diversité au sens large (zones X et Y) :

   Les zones X et Y ont la même richesse spécifique (5 espèces). Cependant, l'abondance relative des espèces diffère :

   • Zone X : Une ou deux espèces sont très dominantes (40%, 30%), tandis que d'autres sont rares (5%, 5%).
   • Zone Y : Toutes les espèces ont une abondance relative égale (20% chacune), ce qui indiqu'une répartition plus équilibrée.

   Réponse : La Zone Y semble avoir une plus grande équitabilité ou diversité au sens large. En effet, la diversité ne se limite pas au nombre d'espèces, mais prend aussi en compte leur abondance relative. Une répartition plus homogène des individus entre les espèces (plus grande équitabilité) rend la communauté plus diverse et souvent plus stable.

Correction :

La biodiversité est en déclin rapide à l'échelle mondiale, principalement en raison des activités humaines.

1. Destruction et fragmentation des habitats :

   • Description : La conversion des habitats naturels (forêts, zones humides, prairies) en terres agricoles, zones urbaines ou infrastructures (routes, barrages) est la principale cause de perte de biodiversité. Cela entraîne la disparition directe d'espèces et isole les populations restantes, les rendant plus vulnérables.

2. Changement climatique :

   • Description : Le réchauffement global, l'acidification des océans et l'augmentation des événements météorologiques extrêmes perturbent les écosystèmes. Les espèces doivent s'adapter, migrer ou faire face à l'extinction si leur rythme d'adaptation est trop lent ou si leurs habitats disparaissent.

3. Surexploitation des ressources :

   • Description : La pêche excessive, la chasse non durable, l'exploitation forestière non réglementée et la récolte intensive de plantes sauvages peuvent réduire les populations d'espèces au point de les menacer d'extinction.

4. Introduction d'espèces invasives :

   • Description : L'introduction intentionnelle ou accidentelle d'espèces non indigènes dans un nouvel écosystème peut entraîner la compétition, la prédation ou la transmission de maladies aux espèces indigènes, déséquilibrant l'écosystème et provoquant des extinctions locales.

5. Pollution :

   • Description : La contamination de l'air, de l'eau et des sols par des produits chimiques (pesticides, métaux lourds, plastiques, nutriments en excès) a des effets toxiques directs sur les organismes et perturbe les écosystèmes, altérant leur fonctionnement.

Correction :

Un réseau trophique montre l'ensemble des relations alimentaires. La perturbation d'une espèce peut avoir des effets en cascade.

1. Dessin du réseau trophique :

   Voici une représentation textuelle du réseau (imagine les flèches allant de la source de nourriture au consommateur) :

    Herbe
    ^ ^
    | |
    | |
    Lapin Sauterelle
    ^ ^ ^
    | | |
    | | |
    Renard Grenouille
    ^ ^
    | |
    | |
    Aigle <---- Serpent
    

   Ou plus simplement :

   • Herbe → Lapin
   • Herbe → Sauterelle
   • Lapin → Renard
   • Lapin → Aigle
   • Sauterelle → Grenouille
   • Grenouille → Serpent
   • Serpent → Aigle

2. Conséquences de la décimation des lapins :

   • Sur l'Herbe : Avec moins de lapins, la pression de broutage sur l'herbe diminue. La population d'herbe pourrait augmenter, à moins qu'elle ne soit limitée par d'autres facteurs.
   • Sur le Renard : Le lapin est une source de nourriture pour le renard. Une diminution des lapins pourrait entraîner une pénurie de nourriture pour les renards, ce qui pourrait faire diminuer leur population par famine ou pousser les renards à chercher d'autres proies (si disponibles).
   • Sur l'Aigle : L'aigle se nourrit à la fois de lapins et de serpents. Une diminution des lapins réduirait l'une de ses sources de nourriture. L'aigle pourrait alors augmenter sa prédation sur les serpents, ou sa population pourrait diminuer si la nourriture devient insuffisante.
   • Sur les Sauterelles, Grenouilles, Serpents (indirectement) : Si l'aigle se tourne davantage vers les serpents pour compenser la perte de lapins, la population de serpents pourrait diminuer. Ceci, à son tour, pourrait réduire la pression de prédation sur les grenouilles, et ainsi de suite jusqu'aux sauterelles. Les populations de sauterelles et grenouilles pourraient donc potentiellement augmenter.

Correction :

Les écosystèmes marins sont particulièrement vulnérables aux changements climatiques, avec des conséquences écologiques et économiques majeures.

1. Réchauffement des océans :

   • Mécanisme : Les océans absorbent une grande partie de la chaleur excédentaire due à l'augmentation des gaz à effet de serre. Cela entraîne une élévation de la température de l'eau.
   • Impacts :
     • Blanchissement des coraux : Les coraux vivent en symbiose avec des microalgues (zooxanthelles). Une élévation prolongée de la température stresse les coraux, qui expulsent leurs algues, entraînant leur blanchissement et souvent leur mort. Les récifs coralliens sont des hotspots de biodiversité.
     • Déplacement d'espèces : De nombreuses espèces marines (poissons, plancton) sont sensibles à la température de l'eau. Le réchauffement les pousse à migrer vers des eaux plus froides (vers les pôles ou vers des profondeurs plus importantes), perturbant les réseaux trophiques et les écosystèmes locaux.
     • Moins d'oxygène dissous : Les eaux plus chaudes retiennent moins d'oxygène, créant des "zones mortes" où la vie marine est difficile.

2. Acidification des océans :

   • Mécanisme : L'augmentation du $\ce{CO2}$ atmosphérique entraîne une augmentation de son absorption par les océans. Le $\ce{CO2}$ réagit avec l'eau pour former de l'acide carbonique ($\ce{H2CO3}$), qui se dissocie et libère des ions $\ce{H+}$, diminuant ainsi le pH de l'eau de mer.
   • Impacts :
     • Problèmes de calcification : La diminution du pH réduit la concentration d'ions carbonate ($\ce{CO3^2-}$), essentiels pour la formation des coquilles et squelettes calcaires des organismes marins (coraux, mollusques, plancton calcaire). Cela rend plus difficile la construction et l'entretien de leurs structures, affectant leur survie et la base de nombreux réseaux trophiques.
     • Impact sur le comportement : L'acidification peut affecter le comportement de certaines espèces marines (ex: altération de l'odorat des poissons, impact sur la reproduction).