Structure et fonctionnement des écosystèmes : cours de 1re SVT

Une forêt, une prairie, une mare, un récif : chacun de ces milieux semble former un petit monde, avec ses habitants, ses ressources et son rythme propre. En première, tu ne cherches pas à dresser la liste de tous les écosystèmes de la planète. Le programme demande autre chose : partir d'un exemple que l'on peut observer, et comprendre la diversité des interactions qui s'y jouent ainsi que leurs effets sur son évolution dans le temps ².

Ce cours suit cette logique. Nous voyons d'abord ce qu'est un écosystème, puis comment il est construit (sa structure), puis comment il marche (son fonctionnement), et enfin comment il réagit quand quelque chose le perturbe.

Le mot clé de la définition est « dynamique ». Un écosystème n'est pas une photographie figée. Les espèces et leur habitat se transforment mutuellement : leurs interactions modifient le milieu, et le milieu modifié agit en retour sur les espèces. Cet ensemble est le fruit d'une coévolution entre les espèces et leur habitat ⁵.

Décrire la structure d'un écosystème, c'est répondre à la question : « de quoi est-il fait, et comment ces éléments s'organisent-ils ? ». Trois grandes composantes interviennent. Les interactions au sein d'une même espèce et entre espèces différentes, les facteurs abiotiques du biotope, et la diversité du vivant. Ces composantes influencent les propriétés et le fonctionnement de l'écosystème ⁴.

Remarque que cette description est une structure, donc un état à un instant donné. Le fonctionnement, lui, décrit ce qui circule et se transforme. Les deux sont reliés : le programme demande d'ailleurs de mettre en relation la structure d'un écosystème et son fonctionnement, en lien avec les grands cycles ¹.

Les êtres vivants d'un écosystème ne vivent pas côte à côte sans se connaître. Ils sont en relation permanente. Le programme distingue trois grands types d'interactions : la compétition pour des ressources comme la lumière ou les nutriments, l'exploitation (prédation, parasitisme) et la coopération (dont le mutualisme) ². On distingue aussi les interactions intraspécifiques, entre individus d'une même espèce, et les interactions interspécifiques, entre espèces différentes ⁴.

Le mot biodiversité désigne la variété du vivant. Elle peut être étudiée à plusieurs échelles, et tu dois toujours savoir de laquelle on parle. On distingue d'abord l'échelle génétique, qui concerne la variabilité du patrimoine génétique au sein d'une même espèce. Vient ensuite l'échelle spécifique, ou taxonomique, qui correspond au nombre d'espèces. Enfin, la diversité des écosystèmes existe aussi, parce que la biodiversité est organisée dans l'espace ⁴.

Les écologues ont affiné ces notions en introduisant la diversité fonctionnelle, qui regarde les fonctions écologiques réalisées par les espèces, et la diversité phylogénétique, qui regarde la diversité de leurs histoires évolutives ⁴.

Le programme demande de relier la diversité fonctionnelle d'un écosystème à la diversité spécifique et à la diversité génétique, qui en sont les garantes ². Autrement dit, c'est parce qu'il y a beaucoup d'espèces différentes, elles-mêmes variées génétiquement, que beaucoup de fonctions peuvent être assurées.

Si la structure répond à « de quoi est fait l'écosystème ? », le fonctionnement répond à « que s'y passe-t-il ? ». Le programme le décrit à l'aide de quatre notions : la production, les flux de matière, les réservoirs et le recyclage de la matière organique ².

Ces processus ne se déroulent pas isolément. Ils dépendent des interactions entre espèces, qui conditionnent qui consomme quoi, et donc comment la matière circule ². Ils dépendent aussi du biotope. Par ailleurs, l'écosystème contribue à des cycles globaux : ce qui circule dans l'écosystème d'étude s'inscrit dans des cycles de plus grande échelle ¹.

La biodiversité n'est pas qu'un inventaire : elle influence concrètement la manière dont l'écosystème fonctionne. La relation entre diversité et fonctionnement est un des aspects de la relation plus générale entre structure et fonctionnement ⁴.

Un écosystème tend à évoluer vers un état théorique stable, dit climacique. En réalité, des événements et des pressions extérieures l'en écartent sans cesse. La biocénose doit alors mobiliser ses capacités d'évolution et d'adaptation face à un contexte écologique et abiotique en perpétuel changement ⁵.

Comment la mémoire agit-elle concrètement ? Face à des stress qui reviennent, il y a de la sélection : les espèces sensibles sont remplacées par des espèces plus tolérantes. Si cela se maintient, la communauté devient plus résistante dans sa structure ⁵. L'avantage se mesure en termes de fonctionnalité, par exemple la productivité. Plus la mémoire est grande, plus la communauté est résistante et résiliente ⁵.

Cette notion a aussi un intérêt pratique. Les chercheurs s'y intéressent quand des espèces sont réintroduites dans un milieu, ou quand on met en place des programmes de gestion et de restauration. Savoir quels facteurs installent cette mémoire pourrait permettre de prévoir comment l'écosystème réagira à l'arrivée d'une espèce nouvelle ⁵.

Les écosystèmes subissent plusieurs perturbations. Parmi elles, les invasions biologiques : lorsqu'une espèce introduite se met à proliférer, elle peut modifier fortement la structure de l'écosystème d'accueil et la façon dont il fonctionne. La capacité d'un écosystème à résister aux invasions peut donc être vue comme une propriété fonctionnelle ⁴.

Le réchauffement du climat ajoute d'autres contraintes : la chaleur augmente et les événements météorologiques extrêmes deviennent plus fréquents. Pour y échapper, certaines espèces se déplacent vers les pôles ou vers les hauteurs, tandis que d'autres disparaissent. Le recul de la biodiversité a aussi d'autres origines : la destruction des habitats, la pollution, l'arrivée d'espèces invasives, et diverses modifications du milieu non vivant liées au changement climatique ⁴.

Ce que le réchauffement et la perte d'espèces font au fonctionnement d'un écosystème dépend directement de la façon dont chaque espèce réagit à la température ⁴. Perdre des espèces, ce n'est donc pas seulement perdre des noms sur une liste : c'est perdre des façons de réagir à la chaleur, et donc de la capacité de l'écosystème à tenir.

Comment les scientifiques en savent-ils autant ? Les expéditions scientifiques sont des moments privilégiés : elles établissent des états de référence de la biodiversité d'une région, ce qui permet d'analyser son évolution sous l'effet de changements environnementaux. Elles fournissent aussi un inventaire des espèces par milieu et contribuent à mieux connaître le fonctionnement des écosystèmes ³.