Consommation de la matière organique et flux d'énergie — Cours SVT Bac PC

Dans le programme du Bac PC

SVT compte pour un coefficient 5 en Bac PC, derrière Maths et Physique-Chimie (7 chacune) mais devant la Philosophie et l'Anglais (2). Ce chapitre ouvre le bloc écologie du programme (avec la pollution des milieux naturels) et repose sur des bilans chiffrés plutôt que sur la seule description qualitative des réseaux trophiques.

À l'épreuve

L'épreuve donne des données chiffrées (énergie ingérée, non digérée, de respiration) sous forme de tableau ou de graphique et demande de calculer un rendement d'assimilation, un rendement de croissance ou un rendement écologique global, puis d'interpréter la faible valeur obtenue (perte par respiration).

Objectifs d'apprentissage

Distinguer producteurs, consommateurs (I, II, III) et décomposeurs dans un réseau trophique
Établir le bilan énergétique d'un niveau trophique : énergie ingérée, assimilée, de respiration et de production
Calculer un rendement d'assimilation (Ea/Ei), un rendement de croissance (Ep/Ea) et un rendement écologique global (Ep/Ei)
Expliquer pourquoi l'énergie diminue fortement d'un niveau trophique au suivant
Interpréter une pyramide écologique (des nombres, des biomasses ou des énergies)

Notions clés

Chaîne et réseau trophiques

Une chaîne alimentaire relie producteurs (photosynthèse), consommateurs primaires (herbivores), secondaires puis tertiaires (carnivores), et décomposeurs (minéralisation de la matière morte). Dans un écosystème réel, ces chaînes s'entrecroisent en un réseau trophique.

Bilan énergétique d'un niveau trophique

L'énergie ingérée (Ei) se répartit en trois parts : une part non digérée et rejetée (End, fèces), une part assimilée (Ea = Ei − End) qui se répartit à son tour en énergie perdue par la respiration (Er, sous forme de chaleur) et en énergie de production (Ep = Ea − Er, croissance et reproduction). Seule Ep est disponible pour le niveau trophique suivant.

Rendements

Rendement d'assimilation

=\dfrac{Ea}{Ei}\times 100

. Rendement de croissance (net)

=\dfrac{Ep}{Ea}\times 100

. Rendement écologique global entre deux niveaux

=\dfrac{Ep}{Ei}\times 100

, typiquement de l'ordre de 10 % : la majeure partie de l'énergie se dissipe sous forme de chaleur par la respiration, ce qui limite le nombre de niveaux trophiques d'une chaîne.

Erreurs fréquentes

Croire que toute l'énergie ingérée par un niveau trophique se retrouve disponible pour le niveau suivant : la respiration en dissipe la plus grande part sous forme de chaleur.

Confondre énergie assimilée (Ea = Ei − End) et énergie de production (Ep = Ea − Er) : ce sont deux bilans successifs, pas le même calcul.

Traiter un réseau trophique comme une chaîne linéaire unique alors qu'une même espèce peut occuper plusieurs niveaux ou consommer plusieurs proies.

Exemple corrigé

Énoncé

Une population de consommateurs primaires ingère une énergie Ei = 5000 kJ/m²/an. L'énergie non digérée (fèces) est End = 1500 kJ/m²/an et l'énergie perdue par respiration est Er = 2800 kJ/m²/an. Calculer l'énergie assimilée Ea, l'énergie de production Ep, le rendement d'assimilation, le rendement de croissance net et le rendement écologique global.

Correction

Énergie assimilée. Ea = Ei − End = 5000 − 1500 = 3500 kJ/m²/an.

Énergie de production. Ep = Ea − Er = 3500 − 2800 = 700 kJ/m²/an : c'est l'énergie disponible pour le niveau trophique suivant.

Rendement d'assimilation.

\dfrac{Ea}{Ei}\times 100=\dfrac{3500}{5000}\times 100=70\%

: 70 % de l'énergie ingérée est effectivement digérée et absorbée.

Rendement de croissance net.

\dfrac{Ep}{Ea}\times 100=\dfrac{700}{3500}\times 100=20\%

: sur l'énergie assimilée, 80 % part en respiration.

Rendement écologique global.

\dfrac{Ep}{Ei}\times 100=\dfrac{700}{5000}\times 100=14\%

: seuls 14 % de l'énergie ingérée par ce niveau atteignent le niveau trophique suivant.

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3 exercices pour t'entraîner

Exercice 1

Facile

Un niveau trophique reçoit Ei = 2000 kJ et perd End = 400 kJ en matière non digérée. Calculer l'énergie assimilée Ea et le rendement d'assimilation.

Voir la correction

Ea = Ei − End = 2000 − 400 = 1600 kJ. Rendement d'assimilation = (1600/2000) × 100 = 80 %.

Exercice 2

Moyen

Dans une chaîne alimentaire, les producteurs fixent 20 000 kJ/m²/an, les consommateurs primaires en ingèrent 2000 kJ/m²/an et les consommateurs secondaires 200 kJ/m²/an. Calculer le rendement écologique entre chaque niveau et commenter.

Voir la correction

Producteurs → Consommateurs I : (2000/20000) × 100 = 10 %. Consommateurs I → Consommateurs II : (200/2000) × 100 = 10 %. Le rendement reste voisin de 10 % à chaque transfert : c'est la perte typique par respiration, qui explique qu'une chaîne alimentaire compte rarement plus de 4 à 5 niveaux.

Exercice 3

Difficile

Une population de consommateurs secondaires ingère Ei = 800 kJ/m²/an ; le rendement d'assimilation mesuré est de 75 % et le rendement de croissance net de 15 %. Calculer Ea, Er et Ep, puis le rendement écologique global (Ep/Ei).

Voir la correction

Ea = 75 % × Ei = 0,75 × 800 = 600 kJ/m²/an. Ep = 15 % × Ea = 0,15 × 600 = 90 kJ/m²/an. Er = Ea − Ep = 600 − 90 = 510 kJ/m²/an. Rendement écologique global = Ep/Ei × 100 = (90/800) × 100 = 11,25 %.

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Questions fréquentes

Pourquoi le rendement écologique est-il toujours faible (~10 %) ?

Parce qu'à chaque niveau trophique, une grande partie de l'énergie assimilée est consommée par la respiration cellulaire (maintien, mouvement, chaleur) et n'est donc pas transformée en nouvelle matière vivante transmissible au niveau suivant.

Quelle différence entre rendement d'assimilation et rendement de croissance ?

Le rendement d'assimilation (Ea/Ei) mesure la part de l'énergie ingérée qui est digérée et absorbée. Le rendement de croissance (Ep/Ea) mesure, parmi cette énergie assimilée, la part qui devient réellement production (croissance, reproduction) plutôt que d'être perdue en respiration.

Pourquoi une chaîne alimentaire ne dépasse-t-elle pas 4 ou 5 maillons ?

Avec un rendement d'environ 10 % à chaque transfert, l'énergie disponible chute très vite (facteur 10 par niveau) : au-delà de 4 ou 5 niveaux, l'énergie restante devient trop faible pour entretenir une population.