Introduction
Alors que les milieux désignent des ensembles plutôt statiques, des échanges entre les milieux existent. L’eau de l’océan s’évapore, les roches sont altérées et une partie des produits mis en solution dans l’hydrosphère et transportés. Ces échanges restent malgré tout limités. En revanche, la biosphère se caractérise par des échanges permanents et intenses entre les trois sphères. Les végétaux utilisent des éléments minéraux et de l’eau, ils transpirent l’eau qu’ils ont prélevée dans le sol et échangent des gaz avec l’atmosphère. Chaque être vivant, pour se développer nécessite un certain nombre d’éléments. Les ressources désignent donc les éléments dont les organismes ont besoin. Certains sont abondants, d’autres peuvent au contraire être limités et contraindre le développement des organismes.
Si l’on devait schématiser les relations au sein de notre environnement, on pourrait caractériser les milieux comme des ensembles homogènes, des "boîtes", et les ressources comme les échanges entre ces boîtes. Cette schématisation conduit à la notion de cycle où sont figurés des réservoirs (les boîtes) et les échanges (les flèches).
Si l’on devait schématiser les relations au sein de notre environnement, on pourrait caractériser les milieux comme des ensembles homogènes, des "boîtes", et les ressources comme les échanges entre ces boîtes. Cette schématisation conduit à la notion de cycle où sont figurés des réservoirs (les boîtes) et les échanges (les flèches).
Il existe plusieurs formes d’énergie qui se manifestent à la surface du globe, en particulier en provoquant des mouvements de matière. Outre les mouvements liés à l’énergie potentielle (liée à la gravité terrestre) qu’on observe dans la course des fleuves, l’énergie solaire est une source fondamentale. La très forte dissymétrie de la répartition de l’énergie solaire à la surface du globe est une source d’énergie à l’origine des mouvements de l’atmosphère et des océans.
Le fonctionnement des être vivants impose une alimentation permanente en énergie. Une grande part d’entre eux utilise l’énergie solaire comme source d’énergie à travers la photosynthèse. Une part l’utilise indirectement en tirant ses ressources de la matière organique. Certains micro-organismes utilisent l’énergie chimique des liaisons minérales et peuvent constituer des écosystèmes en l’absence de lumière, c’est le cas des écosystèmes océaniques profonds.
On peut quantifier la circulation de l’énergie au sein d’un écosystème. Sous différentes formes, elle correspond à une circulation qui va d’un type d’organisme à un autre. La caractéristique principale des écosystèmes est qu’ils fonctionnent de manière cyclique, c'est-à-dire que l’énergie utilisée est restituée au système pour être utilisée par les générations suivantes. C’est une différence fondamentale avec l’anthroposystème (ou l’écosystème dominé par l’espèce humaine) où l’énergie est utilisée sans être recyclée.
Le fonctionnement des être vivants impose une alimentation permanente en énergie. Une grande part d’entre eux utilise l’énergie solaire comme source d’énergie à travers la photosynthèse. Une part l’utilise indirectement en tirant ses ressources de la matière organique. Certains micro-organismes utilisent l’énergie chimique des liaisons minérales et peuvent constituer des écosystèmes en l’absence de lumière, c’est le cas des écosystèmes océaniques profonds.
On peut quantifier la circulation de l’énergie au sein d’un écosystème. Sous différentes formes, elle correspond à une circulation qui va d’un type d’organisme à un autre. La caractéristique principale des écosystèmes est qu’ils fonctionnent de manière cyclique, c'est-à-dire que l’énergie utilisée est restituée au système pour être utilisée par les générations suivantes. C’est une différence fondamentale avec l’anthroposystème (ou l’écosystème dominé par l’espèce humaine) où l’énergie est utilisée sans être recyclée.
On peut matérialiser l’ensemble des échanges au sein d’un écosystème pour un élément donné. Le caractère cyclique de ce fonctionnement a donné le nom de cycle biogéochimique. Ces cycles se matérialisent sous la forme de réservoirs et de transferts entre ces réservoirs. Un même élément au sein de ces cycles peut se présenter sous différentes formes chimiques (voire physiques). Les premiers de ces cycles sont ceux de l’eau (même s’il ne s’agit pas exactement d’un élément) et de l’oxygène. Ils sont les cycles fondamentaux du monde vivant.
De même, on s’intéresse beaucoup aux cycles des nutriments : azote, carbone, souffre, phosphore. L’azote constitue aujourd’hui un polluant sous la forme de nitrates (NO3) qui est lié aux pratiques agricoles intensives qui conduisent à des ajouts importants de matière organique à la surface des champs. Cette matière est dégradée et relâche beaucoup d’azote sous la forme d’ammoniaque (NH4), lequel est ensuite transformé en nitrates. De nombreux travaux sont consacrés à cet élément pour limiter ces pollutions. Le phosphore est également un élément important car il est présent généralement en faibles quantités et constitue ainsi un élément qui limite la croissance des organismes. Sous l’effet des activités anthropiques, des quantités importantes de phosphore peuvent être propagées dans l’environnement et provoquer un fort déséquilibre des écosystèmes (connu par exemple sous la forme des marées vertes).
Le carbone est bien évidemment un élément dont le cycle est particulièrement important. Le carbone est un élément fondamental dans la constitution de tous les organismes. On peut analyser le cycle du carbone à différentes échelles. A l’échelle d’une journée on peut caractériser les échanges des organismes avec leur milieu (photosynthèse, respiration, transpiration…) ; à l’échelle d’une année on intégrera les fluctuations saisonnières (croissance des feuillages puis dégradation des feuilles dans le sol). A cette échelle on peut définir un bilan équilibré qui correspond au cycle ‘naturel’, ce qui permet à contrario de caractériser les perturbations de ce cycle par les activités anthropiques qui ont pour effet d’accroître les teneurs en CO2 dans l’atmosphère. Sur une échelle temporelle plus importante, on peut voir que de grandes variations des réservoirs existent comme celle qui a conduit au cours de l’ère primaire à la formation des charbons, charbons qui sont aujourd’hui brûlés par les activités humaines (voir les modules n° 1 et 3 sur les fluctuations du CO2 et l’effet de serre).
De même, on s’intéresse beaucoup aux cycles des nutriments : azote, carbone, souffre, phosphore. L’azote constitue aujourd’hui un polluant sous la forme de nitrates (NO3) qui est lié aux pratiques agricoles intensives qui conduisent à des ajouts importants de matière organique à la surface des champs. Cette matière est dégradée et relâche beaucoup d’azote sous la forme d’ammoniaque (NH4), lequel est ensuite transformé en nitrates. De nombreux travaux sont consacrés à cet élément pour limiter ces pollutions. Le phosphore est également un élément important car il est présent généralement en faibles quantités et constitue ainsi un élément qui limite la croissance des organismes. Sous l’effet des activités anthropiques, des quantités importantes de phosphore peuvent être propagées dans l’environnement et provoquer un fort déséquilibre des écosystèmes (connu par exemple sous la forme des marées vertes).
Le carbone est bien évidemment un élément dont le cycle est particulièrement important. Le carbone est un élément fondamental dans la constitution de tous les organismes. On peut analyser le cycle du carbone à différentes échelles. A l’échelle d’une journée on peut caractériser les échanges des organismes avec leur milieu (photosynthèse, respiration, transpiration…) ; à l’échelle d’une année on intégrera les fluctuations saisonnières (croissance des feuillages puis dégradation des feuilles dans le sol). A cette échelle on peut définir un bilan équilibré qui correspond au cycle ‘naturel’, ce qui permet à contrario de caractériser les perturbations de ce cycle par les activités anthropiques qui ont pour effet d’accroître les teneurs en CO2 dans l’atmosphère. Sur une échelle temporelle plus importante, on peut voir que de grandes variations des réservoirs existent comme celle qui a conduit au cours de l’ère primaire à la formation des charbons, charbons qui sont aujourd’hui brûlés par les activités humaines (voir les modules n° 1 et 3 sur les fluctuations du CO2 et l’effet de serre).
Complément
La notion de cycles biogéochimiques
La figure illustre la circulation de l’énergie et des éléments (nutriments) au sein de l’écosystème et son caractère cyclique. L’énergie solaire provoque le fonctionnement de système via la photosynthèse des plantes. Energie et nutriments circulent ensuite au sein des différents compartiments (plantes, herbivores, carnivores) puis sont relâchés via les réactions de dégradation à nouveau sous une forme minérale dans l’écosystème où ils sont à nouveau disponibles. Lors de ces réactions et directement par les organismes, l’énergie est également retournée vers le système, notamment sous forme de chaleur et de mouvement.
Crédits
Nebel B. & Wright R. ‘Environmental sciences’. Prentice Hall
Si un écosystème peut fonctionner de manière fermée, à l’exception de l’énergie solaire qui anime le fonctionnement, l’écosystème qui comprend l’espèce humaine se caractérise par une utilisation de l’énergie et des ressources non recyclée. Cette distinction n’est pas inutile car on considère aujourd’hui que l’homme utilise à sa propre croissance près de 40% de la production primaire (la production de végétaux et de micro-organismes à partir de l’énergie solaire principalement) de l’écosystème planétaire. Force donc est de constater qu’il y constitue un élément à part.
Si l’on différencie l’homme du reste de l’écosystème en général, bien qu’il s’agisse d’un organisme vivant, on est amené à considérer que la biodiversité constitue en elle-même une ressource au sein de l’anthroposystème. Cette notion permet de mettre en évidence les flux de matière consommés et rejetés sous une forme non utilisable par l’homme. Elle met également en évidence la ponction par l’homme directe sur les écosystèmes, que ce soit sous une forme végétale (les forêts par exemple) ou animale (les poissons par exemple). Elle pose donc le problème global de la place de l’homme au sein de l’écosystème planétaire.
Si l’on différencie l’homme du reste de l’écosystème en général, bien qu’il s’agisse d’un organisme vivant, on est amené à considérer que la biodiversité constitue en elle-même une ressource au sein de l’anthroposystème. Cette notion permet de mettre en évidence les flux de matière consommés et rejetés sous une forme non utilisable par l’homme. Elle met également en évidence la ponction par l’homme directe sur les écosystèmes, que ce soit sous une forme végétale (les forêts par exemple) ou animale (les poissons par exemple). Elle pose donc le problème global de la place de l’homme au sein de l’écosystème planétaire.