ÉCOSYSTÈMES

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L'approche physico-chimique de l'écosystème

La vie sur Terre est fondamentalement construite à partir de matière carbonée. Les molécules constitutives des êtres vivants, mais aussi de l'humus des sols ou de la matière organique des sédiments, dérivent du dioxyde de carbone de l'atmosphère, des bicarbonates dissous dans les eaux, parfois du méthane dans certains environnements particuliers (comme les sources hydrothermales du fond des océans). La synthèse de chaînes carbonées à partir de ces composés minéraux nécessite de l'énergie. Celle-ci peut être produite à partir de l'oxydation de composés minéraux comme l'ammonium, l'hydrogène sulfuré, le fer ferreux. Mais, pour la plus grande partie de la matière organique synthétisée sur Terre, c'est la lumière du Soleil qui est utilisée, au cours du processus de photosynthèse. Les composés carbonés ainsi produits sont à la fois les briques élémentaires de la vie et des réserves d'énergie, énergie qui peut être mobilisée à tout moment au sein des organismes par la respiration et la fermentation. La photosynthèse permet en quelque sorte de passer de l'énergie diffuse et discontinue qu'est la radiation solaire à une énergie chimique, stockable et utilisable en continu, sous forme de molécules organiques.

Cycle du carbone dans les écosystèmes terrestres

Dessin : Cycle du carbone dans les écosystèmes terrestres

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À l'échelle de l'écosystème, on ne parle plus de photosynthèse mais de production primaire. Celle-ci, encore appelée productivité, représente l'ensemble des molécules organiques produites par un couvert végétal par unité de surface et par unité de temps. Une partie de la production primaire initiale, dite brute, est très rapidement dégradée par les végétaux au cours de la respiration, ce qui fournit l'énergie nécessaire à leur croissance et à leur entretien. Ce qui reste de cette production, dite production nette, donne naissance à la masse végétale (la biomasse) qui persiste plus ou moins longtemps selon la durée de vie des organes végétaux (feuilles, tronc par exemple). À l'échelon planétaire, la production primaire nette est en grande partie liée à la hauteur des précipitations annuelles et à la température annuelle moyenne. Elle tourne ainsi autour de 30 tonnes par hectare et par an (t/ha/an) de masse végétale (poids sec) dans les forêts tropicales humides, dont près de la moitié sous forme de racines, de 7 à 8 t/ha/an dans les prairies tempérées, de 1 à 2 t/ha/an dans la toundra. Naturellement, ces valeurs peuvent varier selon les conditions locales en fonction, notamment, de la disponibilité réelle de l'eau dans le sol et des nutriments minéraux. La productivité des océans est beaucoup plus faible, de l'ordre de 1,5 t/ha/an, principalement en raison de la faible teneur de l'eau de mer en azote et en phosphore, sauf dans les zones côtières où elle peut atteindre 4 à 5 t/ha/an en raison de l'apport de nutriments minéraux par les fleuves et les courants d'upwelling (remontées des eaux profondes).

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Cycle du carbone dans les écosystèmes terrestres

Cycle du carbone dans les écosystèmes terrestres
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Faune sauvage du Ngorongoro (Tanzanie)

Faune sauvage du Ngorongoro (Tanzanie)
Crédits : L. Casagrande-Fioretti

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Pyramide des productivités dans un écosystème terrestre

Pyramide des productivités dans un écosystème terrestre
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Réseau trophique partiel d'un lac

Réseau trophique partiel d'un lac
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Écrit par :

  • : professeur d'écologie, Sorbonne université, directeur de l'Institut de la transition Environnementale, Sorbonne université

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Pour citer l’article

Luc ABBADIE, « ÉCOSYSTÈMES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 09 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/ecosystemes/