2 Modèles de flux d'énergie dans un écosystème (avec diagramme) - Expliqué!
Le flux d'énergie peut être expliqué au moyen de deux modèles, à savoir: le modèle énergétique à canal unique et le modèle énergétique en forme de Y.
1. Modèles énergétiques monocanaux:
Le principe des chaînes alimentaires et le fonctionnement des deux lois de la thermodynamique peuvent être mieux expliqués au moyen des diagrammes de flux d’énergie présentés aux figures 1.3 et 1.4.
Comme le montre la figure 1.3, sur le rayonnement solaire total entrant (118 872 gcal / cm2 / an), il reste 118 761 gcal / cm2 / an et la production brute (production nette plus respiration) des autotrophe est de 111 gcal / cm2 / avec une efficacité de capture de l’énergie de 0, 1 à 0%. On peut également noter que 21% de cette énergie, soit 23 gcal / cm2 / an, sont consommés dans les réactions métaboliques des autotrophes pour leur croissance, leur développement, leur maintenance et leur reproduction.
On peut constater en outre que 15 gcal / cm2 / an sont consommés par les herbivores qui broutent ou se nourrissent d'autotrophes, ce qui représente 17% de la production nette d'autotrophes.
La décomposition (3 gcal / cm 2 ) représente environ 3, 4% de la production nette. Le reste de la matière végétale, soit 70 gcal / cm 2 / an, soit 79, 5% de la production nette, n’est pas utilisé du tout mais fait partie des sédiments accumulés. Il est évident que l’herbivore dispose de beaucoup plus d’énergie que ce qui est consommé.
On peut également noter que diverses voies de perte sont équivalentes à un compte de capture d’énergie des autotrophes, à savoir la production brute. De plus, collectivement, les trois «destins» supérieurs (décomposition, herbivore et non utilisés) sont équivalents à la production nette, de l’énergie totale incorporée au niveau des herbivores, soit 15 gcal.cm 2 / an, 30 pour cent ou 4, 5 gcal / cm 2. / yr est utilisé dans les réactions métaboliques. Ainsi, les herbivores (30%) perdent considérablement plus d'énergie que les autotrophes (21%).
Là encore, il existe une énergie considérable pour les carnivores, à savoir 10, 5 gcal / cm2 / an ou 70%, qui n’est pas entièrement utilisée; en fait, seuls 3, 0 gcal / cm 2 / an, soit 28, 6% de la production nette, sont acheminés aux carnivores. Il s’agit d’une utilisation plus efficace des ressources qu’au niveau de transfert autotroph-herbivore.
Au niveau des carnivores, environ 60% de l'apport énergétique des carnivores est absorbé par l'activité métabolique et le reste fait partie des sédiments non utilisés. seule une quantité insignifiante est sujette à une décomposition annuelle. Cette perte respiratoire élevée est comparable à 30% chez les herbivores et à 21% chez les autotrophes dans cet écosystème.
Le diagramme de flux d'énergie présenté à la figure 1.3 montre clairement deux choses. Premièrement, il y a une rue à sens unique le long de laquelle l'énergie circule (flux d'énergie unidirectionnel). L'énergie capturée par les autotrophes ne revient pas à l'apport solaire; ce qui passe aux herbivores ne revient pas aux autotrophes. En se déplaçant progressivement à travers les différents niveaux trophiques, il n'est plus disponible au niveau précédent. Ainsi, en raison d'un flux d'énergie à sens unique, le système s'effondrerait si la source principale, le soleil, était coupée.
Deuxièmement, il se produit une diminution progressive du niveau d'énergie à chaque niveau trophique. Cela s'explique en grande partie par l'énergie dissipée sous forme de chaleur dans les activités métaboliques et mesurée ici par la respiration couplée à une énergie non utilisée. Dans la figure ci-dessus, les «cases» représentent les niveaux trophiques et les «tuyaux» décrivent le flux d'énergie entrant et sortant de chaque niveau.
Le bilan des apports d’énergie en sortie est conforme aux exigences de la première loi de la thermodynamique et le transfert d’énergie s’accompagne d’une dispersion de l’énergie en chaleur indisponible (c’est-à-dire de la respiration), comme le prévoit la deuxième loi. La figure 1. 4 présente un modèle très simplifié de flux d'énergie de trois niveaux tropicaux, à partir duquel il devient évident que le flux d'énergie est considérablement réduit à chaque niveau trophique successif, des producteurs aux herbivores, puis aux carnivores.
Ainsi, à chaque transfert d'énergie d'un niveau à un autre, la majeure partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur ou sous une autre forme. Il y a une réduction successive du flux d'énergie, que nous le considérions en termes de flux total (c.-à-d. Apport total d'énergie et assimilation totale) ou de composants de production et de respiration secondaires. Ainsi, sur les 3 000 Kcal de lumière totale tombant sur les plantes vertes, environ 50% (1 500 Kcal) sont absorbés, dont 1% seulement (15 Kcal) est converti au premier niveau trophique.
Ainsi, la production primaire nette n’est que de 15 Kcal. La productivité secondaire (P2 et P3 dans le diagramme) tend à être d’environ 10% aux niveaux trophiques de consommation successifs, à savoir les herbivores et les carnivores, bien que l’efficacité puisse parfois être supérieure, de 20%, au niveau carnivore comme indiqué (ou P3 = 0, 3 Kcal) dans le diagramme.
Les figures 1.3 et 1.4 montrent qu'il y a une réduction successive du flux d'énergie à des niveaux trophiques successifs. Ainsi, plus la chaîne alimentaire est courte, plus l’énergie alimentaire disponible est grande, puisqu’en augmentant la longueur de la chaîne alimentaire, il se produit une perte d’énergie plus importante.
2. Modèles de flux d'énergie en forme de Y:
Le modèle en forme de Y indique en outre que les deux chaînes alimentaires, à savoir la chaîne alimentaire au pâturage et la chaîne alimentaire des détritus, sont en réalité, dans des conditions naturelles, non complètement isolées l’une de l’autre. La chaîne alimentaire de pâturage commence avec la base de la plante verte allant aux herbivores et la chaîne alimentaire des détritus commence avec la matière organique morte traitée par les microbes, puis passe aux détritivores et à leurs consommateurs.
Par exemple, les cadavres de petits animaux qui faisaient autrefois partie de la chaîne alimentaire de pâturage s’intègrent à la chaîne alimentaire de détritus, tout comme les matières fécales des animaux d’alimentation au pâturage. Sur le plan fonctionnel, la distinction entre les deux est un décalage dans le temps entre la consommation directe de plantes vivantes et l'utilisation finale de la matière organique morte. L'importance des deux chaînes alimentaires peut différer selon les écosystèmes, dans certains cas, le pâturage est plus important, dans d'autres, le détritus est une voie majeure.
Le point important du modèle en forme de Y est que les deux chaînes alimentaires ne sont pas isolées l'une de l'autre. Ce modèle en forme de Y est un modèle de travail plus réaliste et pratique que le modèle à canal unique car,
(i) il confirme la structure stratifiée des écosystèmes,
(ii) il sépare les chaînes de pâturage et de détritus (consommation directe de plantes vivantes et utilisation de matières organiques mortes, respectivement) dans le temps et dans l'espace, et
(iii) que les micro-consommateurs (bactéries absorbantes, champignons) et les macro-consommateurs (animaux phagotrophes) diffèrent considérablement des relations taille-métabolisme. (EP> Odum. 1983).
Il faut cependant garder à l'esprit que ces modèles décrivent le schéma de base du flux d'énergie dans un écosystème. En pratique, dans des conditions naturelles, les organismes sont interdépendants, de sorte que plusieurs chaînes alimentaires deviennent des résultats imbriqués dans un réseau trophique complexe. Nous avons déjà évoqué les réseaux alimentaires dans les écosystèmes de prairies et d’étangs. La complexité du réseau alimentaire dépend de la longueur des chaînes alimentaires.
Ainsi, dans la nature, des flux d’énergie multicanaux sont exploités, mais ces canaux appartiennent à l’une des deux chaînes alimentaires de base, c’est-à-dire qu’il s’agit d’une chaîne alimentaire de pâturage ou de détritus. La combinaison de plusieurs chaînes de ce type dans le réseau trophique d’un écosystème entraînerait un flux d’énergie multicanal. Ainsi, dans la pratique, dans des conditions de terrain, nous pourrions avoir des difficultés à mesurer l'énergie d'un écosystème.
