Programme en vigueur — arrêtés du 17 janvier 2019, applicable en Seconde depuis la rentrée 2019. Voir le texte
Productivité primaire nette et brute. Bilan de matière et d'énergie dans la chaîne trophique. Cycles biogéochimiques : carbone, azote. Changements climatiques : CO₂, effet de serre renforcé.
La règle d'or
La matière tourne en cycle, l'énergie traverse et se dissipe : c'est pourquoi une chaîne alimentaire compte peu de maillons.
L'erreur que tout le monde fait
Écrire que l'énergie « circule » ou « se recycle » dans l'écosystème, comme le carbone ou l'azote.
À chaque passage d'un maillon au suivant, l'essentiel de l'énergie est dissipé sous forme de chaleur et quitte définitivement le système : elle entre par la lumière et sort en chaleur, sans jamais revenir. C'est cette perte, et non un manque de nourriture, qui limite la longueur des chaînes trophiques.
Réserver le mot cycle à la matière et le mot flux à l'énergie, et vérifier que le schéma le montre.
Une prairie reçoit chaque jour une énergie lumineuse considérable, et n'en fixe qu'une fraction infime. De cette fraction, les herbivores n'en récupèrent qu'une part, et les carnivores une part de cette part. Ce chapitre quantifie ces pertes — et c'est de là que découle tout le reste : la longueur des chaînes alimentaires, la rareté des grands prédateurs, et le coût écologique d'un régime carné.
1Mesurer ce qu'un écosystème produit
Définition
Productivité primaire — La productivité primaire brute est la quantité totale de matière organique fabriquée par les producteurs — les végétaux chlorophylliens — en un temps et une surface donnés, par photosynthèse. La productivité primaire nette est ce qu'il en reste une fois déduite la respiration de ces végétaux. C'est la nette, et elle seule, qui est disponible pour les niveaux supérieurs.
PPN=PPB−R
Piège
Employer la productivité brute pour calculer ce que reçoivent les herbivores.
Pourquoi — Les végétaux respirent eux aussi, et cette respiration consomme une part notable de ce qu'ils produisent. Seule la productivité nette est disponible pour le niveau suivant. Raisonner sur la brute surestime tout l'écosystème à partir du premier maillon.
Le réflexe — Poser systématiquement PPN = PPB − R avant tout autre calcul.
Les unités comptent autant que les nombres : une productivité s'exprime en masse par surface et par temps — des grammes de matière sèche par mètre carré et par an, ou des kilojoules dans la même configuration. Une valeur sans unité n'est pas comparable d'un écosystème à l'autre, et c'est là que se perdent les points.
2Les flux d'énergie et de matière
Règle
Deux circulations aux propriétés opposées, et les confondre est l'erreur centrale du chapitre. La matière effectue un cycle : les décomposeurs la rendent au milieu sous forme minérale, et les producteurs la réutilisent. L'énergie, elle, traverse : elle entre par la lumière, se dégrade en chaleur à chaque maillon, et sort définitivement. Un écosystème recycle sa matière ; il a besoin d'un apport d'énergie permanent.
Propriété
Le rendement écologique — la part d'énergie transmise d'un niveau trophique au suivant — est de l'ordre de 10 %, avec de fortes variations. Les 90 % perdus le sont en respiration, en chaleur, en déplacements, et dans les parties non consommées ou non digérées. Deux conséquences directes : les chaînes dépassent rarement quatre ou cinq maillons, et les prédateurs de haut niveau sont nécessairement peu nombreux.
La matière boucle, l'énergie traverse et se dissipe.
3Les cycles biogéochimiques
Définition
Cycle du carbone — Le cycle du carbone relie quatre réservoirs : l'atmosphère, la biosphère, les océans et la lithosphère — roches et combustibles fossiles. Les flux : la photosynthèse prélève le CO₂ atmosphérique, la respiration et la décomposition le restituent, les océans en dissolvent une part, et la combustion des fossiles en libère un carbone resté immobilisé pendant des millions d'années.
Définition
Cycle de l'azote — Le diazote N₂ représente l'essentiel de l'atmosphère et n'est pas directement utilisable par les plantes. Des bactéries fixatrices le convertissent en composés assimilables — c'est la fixation. Les végétaux absorbent ensuite des nitrates, la décomposition rend l'azote au sol, et d'autres bactéries le restituent à l'atmosphère. Sans ces bactéries, l'azote resterait inaccessible malgré son abondance.
Piège
Écrire que les plantes « prennent l'azote dans l'air ».
Pourquoi — Le diazote atmosphérique est inutilisable tel quel par les végétaux : sa triple liaison est trop stable. Il faut l'intervention de bactéries fixatrices, libres ou associées aux racines des légumineuses. Les plantes absorbent des nitrates par leurs racines, non du N₂ par leurs feuilles.
Le réflexe — Retenir le contraste : abondant dans l'air, inaccessible sans intermédiaire biologique.
L'effet de serre est un phénomène naturel et indispensable : sans lui, la température moyenne de la Terre serait très inférieure et l'eau liquide n'y subsisterait guère. Ce qui pose problème est son renforcement par les émissions liées aux activités humaines. Écrire « l'effet de serre est un problème » est donc inexact ; c'est son intensification qui l'est.
Exploiter un bilan d'écosystème
Relever les valeurs avec leurs unités : masse ou énergie, par unité de surface et de temps.
Calculer la productivité nette avant tout : PPN = PPB − R.C'est la seule grandeur disponible pour le niveau suivant ; partir de la brute fausse tout le bilan.
Calculer le rendement d'un niveau au suivant en divisant l'énergie reçue par l'énergie disponible, puis en pourcentage.
Vérifier l'ordre de grandeur : un rendement écologique de l'ordre de 10 % est attendu ; un résultat très différent signale une erreur d'unité.
Conclure sur les conséquences : longueur de la chaîne, effectifs du dernier maillon, coût énergétique d'un régime.
▢Ai-je distingué productivité brute et productivité nette ?
▢Ai-je posé PPN = PPB − R avant tout calcul ?
▢Mes valeurs portent-elles une surface et un temps ?
▢Ai-je écrit que la matière cycle et que l'énergie traverse ?
▢Ai-je fait passer l'azote par des bactéries fixatrices ?
▢Ai-je distingué l'effet de serre naturel de son renforcement ?
L'essentiel en 10 points
·PPN = PPB − R : seule la nette est disponible pour le niveau suivant.
·Unité d'une productivité : masse ou énergie par surface et par temps.
·La matière effectue un cycle ; l'énergietraverse et se dissipe.
·Rendement écologique d'environ 10 % d'un niveau au suivant.
·D'où des chaînes courtes et des prédateurs de haut niveau peu nombreux.
·Cycle du carbone : atmosphère, biosphère, océans, lithosphère.
·La combustion des fossiles libère un carbone immobilisé depuis des millions d'années.
·Le N₂ de l'air est inutilisable par les plantes sans bactéries fixatrices.
·Les végétaux absorbent des nitrates par leurs racines.
·L'effet de serre est naturel : c'est son renforcement qui pose problème.
2
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Fiche PDF — Écologie — Flux et bilans dans les écosystèmes
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a.Différencier productivité primaire brute et nette. Écrire la relation.
b.Dans quelle unité s'exprime une productivité ?
c.Citer les quatre réservoirs du cycle du carbone.
d.Pourquoi les plantes ne peuvent-elles pas utiliser le diazote de l'air ?
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a. La brute est la matière organique totale produite ; la nette est ce qui reste après la respiration des végétaux. PPN = PPB − R.
b. En masse ou énergie par unité de surface et de temps — par exemple g·m⁻²·an⁻¹ ou kJ·m⁻²·an⁻¹.
c. L'atmosphère, la biosphère, les océans, la lithosphère.
d. Parce que le N₂ est trop stable pour être assimilé directement. Il faut des bactéries fixatrices ; les plantes absorbent ensuite des nitrates par leurs racines.
2
Un écosystème forestier : PPB = 12 000 kJ·m⁻²·an⁻¹, respiration des végétaux = 5 400 kJ·m⁻²·an⁻¹.
Calculer
a.Calculer la productivité primaire nette.
b.Quelle part de la production brute est consommée par la respiration, en pourcentage ?
c.Les herbivores assimilent 660 kJ·m⁻²·an⁻¹. Calculer le rendement de ce transfert.
d.Ce rendement est-il conforme à l'ordre de grandeur attendu ?
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a. Productivité nette :12000−5400=6600
Soit 6 600 kJ·m⁻²·an⁻¹.
b. Part respirée :5400÷12000×100=45
Soit 45 % de la production brute.
c. Rendement du transfert :660÷6600×100=10
Soit 10 %.
d. Oui : le rendement écologique attendu est de l'ordre de 10 %. Un résultat de 60 % ou de 0,1 % aurait signalé une erreur de calcul ou d'unité.
3
Une chaîne : herbe → criquet → lézard → rapace. L'herbe fixe 10 000 unités d'énergie nette, et le rendement est de 10 % à chaque transfert.
Calculer
a.Calculer l'énergie disponible à chacun des trois niveaux suivants.
b.Quelle part de l'énergie initiale parvient au rapace, en pourcentage ?
c.Pourquoi les chaînes dépassent-elles rarement quatre ou cinq maillons ?
d.Que devient l'énergie perdue à chaque étape ?
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a. Criquets :10000×0,10=1000
Lézards :1000×0,10=100
Rapaces :100×0,10=10
b. Part parvenue au rapace :10÷10000×100=0,1
Soit 0,1 % de l'énergie fixée par l'herbe.
c. Parce que la perte se répète : au bout de quatre ou cinq transferts, l'énergie restante ne suffit plus à entretenir une population viable.
d. Elle est dissipée en chaleur — respiration, déplacements —, ou reste dans les parties non consommées et non digérées. Elle sort de l'écosystème : elle ne revient pas, contrairement à la matière.
4
Cycles et perturbations. Expliquer en une ou deux phrases.
Raisonner
a.Pourquoi la combustion des énergies fossiles perturbe-t-elle le cycle du carbone ?
b.Pourquoi cultiver des légumineuses enrichit-il un sol en azote ?
c.Un excès d'engrais azotés ruisselle dans un étang. Décrire l'enchaînement.
d.L'effet de serre est-il un problème ? Reformuler correctement.
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a. Parce qu'elle libère en quelques décennies un carbone immobilisé dans la lithosphère depuis des millions d'années. Le flux entrant dans l'atmosphère dépasse alors ce que la photosynthèse et les océans peuvent prélever.
b. Parce que leurs racines abritent des bactéries fixatrices qui convertissent le N₂ atmosphérique en composés assimilables. Une part de cet azote reste au sol après la récolte.
c. Les nitrates nourrissent les algues, qui prolifèrent ; à leur mort, leur décomposition consomme le dioxygène dissous ; les poissons meurent asphyxiés. C'est l'eutrophisation.
d. Non : l'effet de serre est naturel et indispensable, sans lui la Terre serait bien plus froide. C'est son renforcement par les émissions humaines qui pose problème.
5
Raisonnement de synthèse.
Argumenter
a.Pourquoi nourrir une population avec des végétaux coûte-t-il moins d'énergie qu'avec de la viande ?
b.Pourquoi un écosystème peut-il recycler indéfiniment sa matière mais jamais son énergie ?
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a. Parce que chaque maillon supplémentaire coûte environ 90 % de l'énergie disponible. Consommer directement les végétaux, c'est se placer au deuxième niveau trophique ; passer par un animal d'élevage ajoute un maillon, et il faut alors environ dix fois plus de production végétale pour la même énergie alimentaire. Le calcul est le même que celui de la chaîne herbe-criquet-lézard.
b. Parce que les deux ne circulent pas de la même façon. La matière est constituée d'atomes que les décomposeurs rendent au milieu sous forme minérale : ils sont réutilisables indéfiniment. L'énergie, elle, se dégrade à chaque conversion et finit en chaleur diffuse, inutilisable pour un travail biologique. Elle traverse l'écosystème au lieu d'y boucler, d'où la nécessité d'un apport lumineux permanent.
Ce qui rapporte des points, ce qui en coûte
Distinguer productivité brute et nette4 ptsPerdu si : Calculer un transfert à partir de la brute
Donner les unités d'une productivité3 ptsPerdu si : Citer un nombre sans surface ni temps
Calculer un rendement écologique et le confronter à 10 %5 ptsPerdu si : Accepter un rendement de 60 % sans s'interroger
Opposer cycle de la matière et flux d'énergie4 ptsPerdu si : Faire cycler l'énergie
Faire intervenir les bactéries fixatrices d'azote3 ptsPerdu si : Faire absorber le N₂ par les feuilles
Distinguer effet de serre et effet de serre renforcé3 ptsPerdu si : Présenter l'effet de serre comme anormal
4
La méthode
Établir un bilan de matière ou d'énergie
1
Délimiter le compartiment étudié : un maillon, un écosystème entier, ou la planète.
2
Relever ce qui entre et ce qui sort, avec les unités données.
Une production s'exprime par unité de surface et de temps ; le vérifier avant de comparer deux chiffres.
3
Distinguer la production brute de la production nette, qui en retranche la respiration.
4
Calculer le rendement d'un niveau au suivant et le commenter.
5
Conclure sur ce que le bilan implique, en séparant le devenir de la matière de celui de l'énergie.
5
Se tester
Touches 1 à 4
SVTSeconde
Question 1
Pendant une sortie extravéhiculaire sur Mars, un astronome observe un cratère où des analyses du sol révèlent une forte concentration en carbonate de calcium (CaCO₃). Il en déduit que ce sol a pu être exposé à une atmosphère riche en CO₂. Quel cycle biogéochimique est principalement impliqué dans cette observation ?
Aucun compte requis — réponds, la correction s'affiche aussitôt.
Écologie — Flux et bilans dans les écosystèmes : c'est en quelle classe ?+
Ce chapitre est au programme de SVT au lycée, en classe de Seconde. Il est défini par le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale, le texte de référence qui fixe ce qui doit être enseigné dans chaque matière.
Que faut-il savoir sur Écologie — Flux et bilans dans les écosystèmes ?+
Productivité primaire nette et brute. Bilan de matière et d'énergie dans la chaîne trophique. Cycles biogéochimiques : carbone, azote. Changements climatiques : CO₂, effet de serre renforcé. Les notions à maîtriser sont : productivité, cycle du carbone, effet de serre, bilan énergétique, azote, écosystème.
Où télécharger la fiche PDF de Écologie — Flux et bilans dans les écosystèmes ?+
Sur cette page, dans le bloc « Imprimer » : 3 documents à télécharger — le cours, les exercices et le corrigé — soit 6 pages au format A4, prêtes à imprimer. Le téléchargement est gratuit, immédiat, et ne demande ni compte ni adresse e-mail.
Le corrigé de Écologie — Flux et bilans dans les écosystèmes est-il fourni ?+
Oui, et c'est un document à part : chaque exercice y est repris étape par étape, avec le barème détaillé en fin de fiche — ce qui est attendu, combien de points, et ce qui fait perdre le point. Un parent qui ne se souvient plus du programme peut corriger une copie avec.
Comment réviser Écologie — Flux et bilans dans les écosystèmes efficacement ?+
Commence par lire la fiche de révision pour remettre la règle en place, puis enchaîne immédiatement sur le quiz de cette page. Répondre juste après avoir lu ne suffit pas : reviens sur le chapitre deux ou trois jours plus tard. C'est l'espacement des révisions, plus que leur durée, qui fait tenir une notion en mémoire. Une session de quinze minutes répétée vaut mieux qu'une heure unique.
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