Cycles de la matière : cours de Première Biologie-écologie

Une feuille tombe d'un arbre en automne. Quelques mois plus tard, elle a disparu du sol de la forêt. Où est-elle passée ? Elle n'a pas été détruite : sa matière a changé de forme et de lieu. C'est exactement la question que pose ce chapitre, qui prolonge ce que tu as vu sur la biodiversité et sur le fonctionnement d'un écosystème.

Dans un écosystème, des êtres vivants prélèvent de la matière dans leur milieu, la transforment, puis la rendent. Si l'on suit un morceau de cette matière assez longtemps, on le voit revenir à son point de départ : on parle alors de cycle.

Ce cours reprend deux questions déjà posées au collège ¹ : d'où vient la matière dont sont faits les êtres vivants, et que devient-elle ensuite ? Il t'apprend aussi à repérer ce qu'un organisme et son milieu s'échangent. Tout le chapitre répond à une double question : d'où vient la matière du vivant, et où va-t-elle après ?

La notion de cycle de matière se construit pas à pas au fil de la scolarité, en l'associant à la matière minérale ¹. En Première de spécialité, tu l'utilises pour analyser un écosystème réel : tu dois savoir dessiner un schéma, nommer les acteurs et justifier chaque flèche.

Pour parler de cycle, il faut deux « pôles » entre lesquels la matière circule. Le premier est la matière organique, celle qui constitue les êtres vivants. Le second est la matière minérale, présente dans le milieu. Le concept de cycle de matière s'appuie sur ce va-et-vient entre les deux ¹.

Un être vivant n'est jamais fermé sur lui-même. Il prélève dans son milieu la matière dont il a besoin, et il y rejette d'autres matières. Dès le collège, on apprend à reconnaître les matières qui passent de l'un à l'autre ¹.

Première question : d'où vient la matière organique des êtres vivants ¹ ? Une partie du vivant sait fabriquer sa propre matière organique à partir de matière du milieu. Les autres l'obtiennent en se nourrissant d'organismes qui l'ont déjà fabriquée.

La comparaison à retenir porte donc sur la source d'énergie : dans un cas l'énergie est chimique, dans l'autre elle est lumineuse. La photosynthèse est réalisée par les êtres vivants chlorophylliens (plantes, algues) : ils fabriquent leur matière organique à partir du dioxyde de carbone, de l'eau et d'ions minéraux, grâce à l'énergie de la lumière. La chimiosynthèse est surtout le fait de certaines bactéries. Les êtres vivants qui fabriquent leur matière organique à partir de matière minérale sont dits autotrophes. Ceux qui doivent consommer de la matière organique déjà fabriquée sont hétérotrophes. Dans les deux cas, des matériaux du milieu sont assemblés pour construire de la matière du vivant. Cette matière fabriquée circule ensuite d'un organisme à l'autre quand un être vivant en mange un autre.

Seconde question : que devient la matière organique ¹ ? Les êtres vivants meurent, rejettent des excréments, perdent des débris. Ces matières organiques résiduelles, animales et végétales, ne s'accumulent pas indéfiniment : elles sont transformées dans la nature par l'action de micro-organismes présents dans les sols et dans les eaux ².

Les transformations sont plus ou moins poussées selon les conditions ². Cela veut dire qu'une matière peut rester longtemps à un stade intermédiaire avant de retourner entièrement vers la matière minérale. Quand la transformation va jusqu'au bout, on parle de minéralisation : la matière organique redevient de la matière minérale (dioxyde de carbone, eau, ions minéraux comme les nitrates), point d'arrivée du cycle et nouveau point de départ. Une partie forme d'abord de l'humus, qui se minéralise lentement. Tous les êtres vivants, producteurs compris, rejettent aussi du dioxyde de carbone par la respiration : c'est un autre retour de matière vers le milieu.

Tu as maintenant les trois temps d'un cycle : entrée dans le vivant, circulation entre organismes, retour au milieu. Il reste à les assembler. Un schéma de cycle de la matière est un ensemble de compartiments reliés par des flèches ; chaque flèche doit pouvoir se justifier par une phrase.

La matière ne circule pas seule : son mouvement s'accompagne de transferts d'énergie. Dès le collège, on apprend à relier le cycle de la matière aux transferts d'énergie ¹.