Chaînes alimentaires, productivité, pertes par la respiration et pyramides écologiques : pourquoi il y a si peu de lions dans la savane.
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La dissipation de l’énergie dans les écosystèmes
Module III : Éducation à l’environnement et au développement durableSéquence 11 : Flux d’énergie et cycle du carbone dans les écosystèmesSéance 36 : La dissipation de l’énergie dans les écosystèmes
💡 Idée principale : dans un écosystème, l’énergie entre sous forme de lumière, captée par les producteurs grâce à la photosynthèse, puis passe de niveau trophique en niveau trophique le long des chaînes alimentaires. À chaque transfert, la plus grande partie est perdue : respiration (chaleur), aliments non consommés ou non assimilés. Seuls 10 % environ passent au niveau suivant : l’énergie circule en sens unique et se dissipe, ce que traduisent les pyramides écologiques.
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À chaque niveau : pertes par respiration (chaleur), non consommé, non assimilé (excréments).
Rendement écologique ≈ 10 % entre deux niveaux : les chaînes alimentaires sont courtes (4 à 5 maillons).
Pyramides des nombres, des biomasses et des énergies ; l’énergie ne se recycle pas, elle doit être renouvelée par le Soleil.
Situation problème
Au parc national de Waza, un guide explique aux élèves du lycée de Maroua qu’il y a des milliers d’antilopes mais seulement quelques dizaines de lions. Un élève, Hamadou, fait remarquer que son père, éleveur, nourrit beaucoup plus de personnes en cultivant du mil qu’en élevant des bœufs sur la même surface. Le guide répond : « C’est une question d’énergie qui se perd à chaque étape ».
Consignes :
Relève les deux constats faits dans ce texte.
Comment l’énergie circule-t-elle de l’herbe au lion ?
Pourquoi « se perd-elle » à chaque étape ?
le problèmeje réfléchisl’énergie (ATP)
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Compétence visée
Réduire les conséquences néfastes des activités humaines sur les ressources naturelles en comprenant le flux d’énergie dans les écosystèmes.
Objectifs de la leçon
Décrire le transfert de l’énergie le long des chaînes alimentaires.
Identifier les pertes d’énergie à chaque niveau trophique et calculer un rendement.
Construire et interpréter des pyramides écologiques.
Les niveaux trophiques et la production
1. Niveau trophique
place qu’occupe un être vivant dans une chaîne alimentaire : producteurs (végétaux chlorophylliens), consommateurs primaires (herbivores), secondaires et tertiaires (carnivores), décomposeurs (bactéries, champignons).
Exemple : herbe → antilope (cob de Buffon) → lion ; feuilles de manioc → chenille → oiseau → serpent.
l’objectifle cortexla chaîne alimentaire
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2. Productivité et biomasse
Notion
Définition
Biomasse
masse de matière vivante présente à un moment donné (kg/m²)
Productivité primaire brute (PPB)
énergie (ou matière) fixée par la photosynthèse par unité de surface et de temps
Productivité primaire nette (PPN)
PPB − énergie utilisée par la respiration des producteurs
Productivité secondaire
matière produite par les consommateurs (croissance, reproduction)
Le flux d’énergie et ses pertes
3. Un flux d’énergie à sens unique
Document 1 : transfert et pertes d’énergie le long d’une chaîne alimentaire.
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Activité 1 : le bilan énergétique d’un herbivore
Des chercheurs ont mesuré, chez une vache au pâturage dans l’Adamaoua, ce que devient l’énergie de l’herbe consommée.
Document 2 : bilan énergétique d’un herbivore (valeurs moyennes arrondies).
Quelles sont les différentes pertes d’énergie ?
Calcule le rendement écologique de la vache. Que peux-tu en conclure ?
Ce qu’il faut comprendre : l’énergie ingérée est en partie non assimilée (rejetée dans les excréments) ; l’énergie assimilée sert surtout à la respiration (fonctionnement, maintien de la température, mouvements) et se dissipe en chaleur. Seuls 4 % sont transformés en viande ou en lait, disponibles pour le niveau suivant. L’énergie se dissipe à chaque transfert.
Exemple guidé : calcul d’un rendement écologique
Énoncé
Dans un écosystème, les herbivores reçoivent 14 000 kJ/m²/an et les carnivores primaires 1 600 kJ/m²/an. Calcule le rendement écologique entre ces deux niveaux.
Solution
Rendement = énergie du niveau n+1 ÷ énergie du niveau n × 100. Rendement = 1 600 ÷ 14 000 × 100 ≈ 11 %. Près de 90 % de l’énergie des herbivores est perdue (respiration, non consommé, excréments).
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Les pyramides écologiques
4. La pyramide des énergies
Document 3 : énergie contenue dans chaque niveau trophique.
Trois types de pyramides
Nombres et biomasses
Comptent les individus ou pèsent la matière de chaque niveau ; elles peuvent parfois être inversées (un arbre porte des milliers de chenilles).
≠
Énergies
Représentent l’énergie transférée par an ; elles ne sont jamais inversées : c’est la meilleure image du flux d’énergie.
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Conséquences pratiques
Les chaînes alimentaires sont courtes : au-delà de 4 ou 5 maillons, il ne reste presque plus d’énergie.
Sur une même surface, on nourrit plus de personnes avec des végétaux (mil, manioc) qu’avec de la viande.
Les grands prédateurs (lion, panthère) sont peu nombreux et très sensibles au braconnage et à la destruction des habitats.
L’énergie ne se recycle pas : elle doit être sans cesse renouvelée par le Soleil, contrairement à la matière.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
L’énergie entre dans l’écosystème par la photosynthèse des producteurs.
Elle passe d’un niveau trophique à l’autre le long des chaînes alimentaires.
À chaque niveau, l’essentiel est perdu : respiration (chaleur), non consommé, non assimilé.
Le rendement écologique entre deux niveaux est d’environ 10 % ; les chaînes sont donc courtes.
Les pyramides des énergies traduisent ce flux à sens unique, qui doit être renouvelé par le Soleil.
je retiensla lumièrel’énergie du vent
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Vocabulaire à connaître
Niveau trophiquerang d’un être vivant dans une chaîne alimentaire.Producteurêtre vivant chlorophyllien qui fabrique sa matière organique.Productivitéquantité de matière ou d’énergie produite par unité de surface et de temps.Rendement écologiquepourcentage d’énergie transmise d’un niveau au suivant.Décomposeurorganisme qui dégrade la matière organique morte.
Je m’évalue
1. Par quel processus l’énergie entre-t-elle dans l’écosystème ?
2. Sous quelle forme l’énergie est-elle surtout perdue ?
3. Quel est l’ordre de grandeur du rendement écologique ?
4. Pourquoi une pyramide des énergies n’est-elle jamais inversée ?
Réponses : la photosynthèse · chaleur (respiration) · environ 10 % · l’énergie diminue toujours d’un niveau au suivant. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
la pyramide écologiquela feuilleles molécules d’ATP
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Erreurs fréquentes
Croire que l’énergie se recycle comme la matière : elle se dissipe.
Confondre biomasse (quantité présente) et productivité (quantité produite par unité de temps).
Oublier que les décomposeurs aussi respirent et dissipent de l’énergie.
Méthode
Pour construire une pyramide écologique, trace des rectangles de même hauteur, de largeur proportionnelle aux valeurs, centrés et empilés du producteur (en bas) au dernier consommateur (en haut) ; indique les valeurs et l’unité.
Activité d’intégration
Un projet propose d’élever des poissons (tilapias) dans des étangs près de Foumban. Les tilapias mangent des algues ; certains éleveurs veulent aussi introduire des poissons carnivores (silures) qui mangent les tilapias. Les algues produisent 50 000 kJ/m²/an.
Calcule l’énergie disponible pour les tilapias puis pour les silures (rendement de 10 %).
Explique pourquoi il est plus rentable de vendre des tilapias que des silures.