B1. Le cycle de la matière

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1 SVT - 1S B1. Le cycle de la matière Les écosystèmes sont traversés par des transferts de matière et d énergie. B1.a ECOSYSTEMES Un ECOSYSTEME est formé par un ensemble d êtres vivants (biocénose), leur environnement (biotope) et les interactions qui les relient. La BIOMASSE est la quantité de matière organique d un écosystème donné. Elle est exprimée par unité de surface ou de volume. Ce terme peut aussi être utilisé pour une espèce en particulier de l écosystème. C est donc un stock de matière vivante (et de l énergie contenue dans cette matière vivante). La quantité de biomasse fabriquée par unité de temps et de surface est la PRODUCTIVITE. è Analyser des documents! Doc 1 Ecosystème : forêt tempérée de feuillus 1. Recréer l écosystème forêt tempérée de feuillus. Tracer des flèches bleues signifiant «je mange» et rouges symbolisant le transfert d énergie et de matière. 2. Pour chaque être vivant définir son rôle de consommateur et de producteur de matière. 3. Pourquoi parle-t-on de cycle de la matière? 1

2 Chaque être vivant d un écosystème est à la fois consommateur de matière et producteur. La nature de ce qu ils consomment permet de les séparer en deux grandes catégories : les PRODUCTEURS PRIMAIRES et les PRODUCTEURS SECONDAIRES. La matière est transférée à travers les RESEAUX TROPHIQUES (chaînes alimentaires). i. Les producteurs primaires Les VEGETAUX CHLOROPHYLLIENS (producteurs primaires) sont les seuls à être capables de créer de la MATIERE ORGANIQUE (glucides, lipides, protides) à partir de MATIERE MINERALE en utilisant l énergie solaire. On peut quantifier, par unité de surface, cette matière organique produite par les végétaux chlorophylliens. On parle alors de production primaire. Le processus permettant cette transformation s appelle la PHOTOSYNTHESE. Elle a lieu dans les parties vertes de la plante, majoritairement dans les feuilles. Les végétaux puisent leurs ressources dans l atmosphère et dans le sol. Les végétaux chlorophylliens sont des AUTOTROPHES : ils produisent leur propre nourriture. Ils représentent le premier niveau trophique. 4. Compléter le schéma. ii. Les producteurs secondaires Les producteurs secondaires sont des HETEROTROPHES, ils ne sont pas capables de créer eux-mêmes une source organique de carbone. Les producteurs secondaires sont représentés par : les animaux consommant la matière organique produite par les producteurs primaires : ils sont phytophages (herbivores) et constituent les CONSOMMATEURS PRIMAIRES ; exemples : 2

3 les organismes zoophages (carnivores) qui constituent les CONSOMMATEURS SECONDAIRES (il peut y avoir plusieurs niveaux d animaux zoophages) ; exemples : les organismes consommant la matière organique morte (+ déjections) : les DECOMPOSEURS. Ils assurent le recyclage de la matière organique en matière minérale (processus de MINERALISATION). exemples : 5. Donner des exemples pour chacun des niveaux trophiques ci-dessous. iii. Un cycle de la matière équilibré A la mort de l organisme, si celui-ci n est pas consommé, des décomposeurs transformeront à nouveau la matière organique en matière minérale déposée dans les sols. Les écosystèmes forment des systèmes équilibrés où toute la matière est recyclée (cycle de la matière). Ils n ont donc besoin d aucune intervention humaine. 3

4 B1.b TRANSFERT D ENERGIE ET DE BIOMASSE i. Pyramide de biomasse Des producteurs aux divers niveaux de consommateurs, un transfert de matière et d énergie se réalise au sein des chaînes alimentaires. La construction d une pyramide de biomasse ou pyramide de productivité permet de visualiser ces transferts. Une pyramide de biomasse ou pyramide de productivité est construite à partir de la superposition de rectangles représentant les biomasses ou les énergies de chaque niveau (producteurs en dessous et consommateurs d ordre successif au-dessus). ii. Pertes énergétiques Lorsque l on passe au niveau trophique supérieur, des pertes de matière importantes sont enregistrées. Ces pertes ont deux origines : - Pertes sous forme d excréments et d urine, pertes sous forme de matière non utilisée pour les consommateurs. - Pertes respiratoires pour tous les êtres vivants (pertes définitives). Excréments, urine, matière non utilisée ne sont pas des pertes pour les écosystèmes, car ils représentent des sources d aliments pour d autres consommateurs comme les décomposeurs. Plus la chaîne est courte, moins il y a de pertes. iii. Calculs de rendement Pour chaque partie d un réseau trophique, il est possible de calculer un rendement énergétique et un rendement de biomasse : [1] Rendement énergie = énergie produite énergie composée [2] Rendement biomasse = biomasse produite biomasse consommée 4

5 Les rendements énergétiques et de biomasse sont toujours inférieurs à 1 en raison des pertes subies à chaque transformation de matière. Plus les chaînes sont courtes et plus la perte énergétique est moindre. è Analyser des documents Doc 2 Etude d un écosystème prairie On considère un écosystème théorique réduit à une chaîne trophique idéalement simple, où le niveau des producteurs primaires est représenté par un champ de luzerne de 4 hectares. Ce champ alimente des veaux ne se nourrissant que de luzerne et ces veaux alimentent à leur tout un petit garçon ne se nourrissant que de veaux. 6. Comparer la biomasse des producteurs secondaires à celles de producteurs primaires sur le champ. 7. On observe des pertes de matière organique et énergétique à chaque niveau de la chaîne alimentaire. Quelles en sont les causes? 8. Calculer le rendement de biomasse et d énergie de chaque niveau trophique. Commenter. 9. Pourquoi est-il plus rentable pour l homme d être végétarien? 10. Cet écosystème est-il équilibré? Pourquoi? 5

6 B1.c AGROSYSTEME Un agrosystème est un écosystème artificiel. Il est généralement composé d une seule espèce, animale ou végétale. L agrosystème est un système totalement déséquilibre. Les espèces cultivées ou élevées sont arrachées du cycle de la matière ne pouvant ainsi ni être mangées par des consommateurs de rangs trophiques supérieurs ni décomposées en matière minérale. Ainsi, dans le cas des cultures, les sols s appauvrissent : ils contiennent de moins en moins de matière minérale. Une intervention humaine est donc nécessaire afin d enrichir artificiellement les sols. Les agrosystèmes ne peuvent donc pas fonctionner sans intervention humaine. B1.d COMPARAISON ECOSYSTEME - AGROSYSTEME Ecosystème Agrosystème Nombre d espèces Relations trophiques Biomasse pérenne Devenir de la production primaire Origine de la matière minérale 11. Compléter le tableau ci-dessus. 6

7 B1. Le cycle de la matière - RECAPITULATION 7