La maison d'alzaz ou le blog de l'écologie

1 août 2009

Les constituants de la biosphère

La TerreLa planète Terre peut être considérée comme une véritable machine de vie. D’aucuns diront qu’elle est carrément un être vivant à l’instar de James Lovelock avec sa théorie d’une Gaïa quelque peu anthropomorphisée. Il ne lui manque plus que le pouvoir de se reproduire pour de vrai pour accéder au titre suprême d’être vivant.

Car qu’est ce qu’un être vivant ? La définition fort simplifiée donnerait ceci : c’est un organisme capable de se nourrir, de respirer, de se reproduire et de communiquer ; il né, il vit et il meurt. De toute évidence et selon nos critères anthropiques, il manque quelque chose à Gaïa ou bien ce quelque chose m’échappe.

Déesse mèreLes peuples premiers vouaient tous, sans exception, un culte à la terre mère. Pour l’occidental de culture grecque, deux notions se superposèrent qui donnèrent naissance à deux divinités distinctes et représentatives : Gaïa, ou , qui nous enfante (reproduction seulement symbolique) et Déméter qui nous nourrit. Le respect à l’environnement que les anciens s’imposaient leur a sans doute permis de traverser le temps jusqu’à nous, leurs ingrats descendants. Malgré cette marque de soumission à la terre, les hommes sont responsables de changements irréversibles et plutôt néfastes pour la faune et la flore depuis leur installation en toutes places. Le fait que nous ayons perdu toute considération d’ordre éthique pour le système qui nous fait vivre, sinon celle que nous portons à l’intérêt pécuniaire de court terme uniquement, risque bien de nous perdre une fois pour toute.

Ce système qui nous fait vivre, nous devons impérativement le re-découvrir sous l’éclairage des connaissances actuelles, car à terme, il se peut que le camp des pessimistes ait bien raison. Chacune des secondes de l’humanité semble comptée.
Notre biosphère (Gaïa et Déméter réunies) est constituée d’éléments de base fonctionnant de manière stable et autarcique, les écosystèmes. Ceux-ci présentent parfois une homogénéité de structure telle qu’on peut les additionner en fonction de leur nature propre pour ne former qu‘un seul élément. Ainsi, l’écosystème Forêt boréale de conifères vu à échelle humaine, c’est-à-dire paysagère, couvre en fait près de la moitié de l’hémisphère nord. A cet échelon, nous parlerons du biome Taïga. C’est juste une question de taille. Comme je me plaisais à le dire à mes élèves : l’écosystème aquatique commence dans un crachat et s’étend à l’ensemble des océans. La vie se développe dans l’un comme dans l’autre.

L’ECOSYSTEME :

Ecosystème
Rappelons comment est constituée notre biosphère. Les entités qui la forment sont les écosystèmes, eux-mêmes composés d’une aire géographique dite biotope (bios = vie et topos = lieu) et d’une communauté d’êtres vivants ou biocénose (koïnosis = communauté).

Le biotope peut être d’étendue très variable comme je l’ai déjà mentionné. Sa caractéristique principale est d’apporter les ressources nécessaires au maintien voire au développement de la vie. Je me répète, la biosphère est une machine : elle nécessite matière et énergie pour son fonctionnement que je compare à celui d’une roue s’usant et qui tourne tout en se régénérant.

Le soleilL’énergie dans le biotope est de deux types :
– l’énergie rayonnante lumineuse (et non calorifique) de l’astre solaire est indispensable à Gaïa. Un simple assombrissement, dû à une forte explosion volcanique en quelque endroit de la terre, a des répercussions immédiates sur l’ensemble des écosystèmes. La fin du soleil signifierait notre arrêt de mort. L’élément principal de cette transformation est le gaz carbonique ou dioxyde de carbone (ou encore carbone inorganique = minéral) ;
– la deuxième source d’énergie dépend de la première et elle est organique, c’est-à-dire chimique. Je reviendrai en détail sur ce concept un peu complexe.
Quant à la matière, elle est minérale (substance de la terre et de l’air) puis, par la force des choses, elle devient organique (faite de carbone issu du vivant pour faire simple). Mais né de la poussière, tu redeviendras poussière…

La biocénose (êtres vivants) est donc tributaire du soleil pour exister. On la divise en deux parties bien distinctes sur le plan du fonctionnement :
– les végétaux pourvus de chlorophylle (molécule complexe = pigment vert) sont les premiers rouages de notre machine car ils pratiquent la photosynthèse : ils reçoivent directement les rayons lumineux du soleil et les transforment, grâce à leurs pigments chlorophylliens, en leurs propres constituants organiques (glucides, lipides, protides). Ils se passent en quelque sorte de nourriture pour grandir. On les dit pour cela autotrophes (auto = par soi-même et trophos = se nourrir) et ce sont les producteurs primaires de la planète. Ils s’opposent aux êtres vivants dits
hétérotrophes (ne pouvant se brancher sur le soleil). En fait, ils doivent manger les autres pour trouver leur énergie et leurs constituants de croissance corporelle.
Ces hétérotrophes sont :
* soit des consommateurs primaires, herbivores et phytophages quand ils se nourrissent de végétaux ; soit des consommateurs secondaires, carnivores et zoophages quand ils se nourrissent d’animaux ou encore parasites,
* soit des décomposeurs quand ils se nourrissent de matière organique (excréments, cadavres, litière…) qu’ils retransforment en matière minérale, en réserve dans l’humus et larguée sous forme de sels minéraux dans le sol ou de gaz dans l‘atmosphère. Ils bouclent le tour qu’effectue notre machine branchée solaire.

N.B. : Les champignons sont autant des décomposeurs que des producteurs secondaires.

La réaction chimique, qui permet aux végétaux de construire de la matière vivante (eux-mêmes en fait) grâce à l’énergie de la lumière, par le biais de la chlorophylle et à partir du gaz carbonique (CO2), Respiration et photosynthèses’appelle donc photosynthèse. C’est un phénomène majeur dans l’existence de la biosphère, car il permet de mettre en conserve énergie et matière en vu d’une utilisation prochaine.
Le pendant de la photosynthèse (son utilisation), qui est la mise à disposition de cette réserve énergétique et nutritive, est la respiration. Elle nécessite de l’oxygène ou dioxygène (O2). C’est l’équivalent d’une combustion, sans feu !
La photosynthèse construit quand la respiration détruit. Nous analyserons ces deux principes vitaux, un peu plus tard.

Les écosystèmes sont le plus souvent séparés les uns des autres (quand ils ne sont pas inextricables) par des zones -tampons bénéficiant des apports de chaque écosystème qu’elles séparent. On les nomme écotones. Leur faune et leur flore sont, en général, remarquables. Les plus petits écosystèmes sont appelés synusies. Lorsque la taille de l’écosystème prend une dimension planétaire ou continentale, on les nomme macro-écosystèmes ou biomes.

LES BIOMES :

Les grands biomes
Les facteurs écologiques jouant principalement sur la répartition des êtres vivants à la surface du globe sont les températures et les précipitations. La lumière n’est pas sans incidence non plus, nous l’avons déjà vu. La variété des biomes terrestres dépend surtout des deux premiers. Lorsqu’on se déplace des pôles vers l’équateur, on peut distinguer des zonations végétales bien différentes selon la latitude, donc le climat. De même, en prenant de l’altitude, températures et pluviométrie varient de façon significative si bien qu’en grimpant de 100 mètres en montagne, cela équivaut à parcourir 100 kilomètres vers le pôle. Certes, l’équivalence entre les biomes latitudinaux et altitudinaux est toute relative : Toundra et pelouses alpines ne sont que de lointaines cousines.

En partant des pôles, direction l’équateur (ou en tenant compte de l‘altitude seulement), nous rencontrons de vastes espaces couverts d’une végétation qui leur est propre :

– Les étendues glacées (neiges éternelles en altitude à + de 6000 m) :
Mont Blanc (neiges éternelles)
Il n’y a aucune végétation à proprement parler mais algues microscopiques, rares lichens, invertébrés spécialisés (acariens, tardigrades…) peuvent y survivre très difficilement. La production de biomasse est pour ainsi dire nulle.

– La Toundra (pelouses alpines en altitude de 4000 à 6000 m) :
Pelouses alpines (Toundra)
La température ne dépassant pas les 10°C, la flore est pauvre (un millier d’espèces seulement) et peu de mammifères s‘y déplacent ; les sols sont gelés en permanence (pergélisol = permafrost) ; la pluviométrie est assez faible (200 à 300 mm par an) ; la zone boréale est soumise à l’alternance de 6 mois éclairés et 6 autres dans la nuit noire (2 mois de végétation) et les vents glacés sont souvent violents, entraînant un rabougrissement du végétal. Mosaïque de pelouses rases, de petits arbustes au port prostré (nanisme), lichens et tourbières. La production de biomasse est faible.

– La Taïga ou forêt boréale de conifères (en altitude de 1500 à 4000 m) :
Forêt (boréale) de conifères (Taïga)
C’est le plus grand biome (si l’on excepte les océans comme biome), il est d’un seul tenant sur la sphère terrestre (voir plus bas). La Taïga peut subir jusqu’à 10 mois de gel mais ne peut se développer si les deux suivants ne sont pas propices. Seuls les conifères ou résineux peuvent supporter de telles conditions. La litière (aiguilles de conifères) du sol pâtit des basses températures ; pauvre, elle se décompose mal (podzolisation) et son pH révèle une forte acidité du sol. Chez nous et en zone tempérée, cette forêt s’enrichit de quelques feuillus sans pour autant parler de forêts mixtes tempérées. La biomasse, produite, devient relativement importante.

– La forêt caducifoliée (à feuilles caduques = tombant à l’automne) tempérée (en altitude jusqu‘à 1500 m chez nous) :
Forêt caducifoliée tempérée
La forêt de Fontainebleau est une bonne illustration de ce qui reste de ce biome (hyper exploitation qui l‘a mis en lambeaux) souvent pourvus de quelques conifères. Les précipitations sont comprises entre 750 et 1500 mm par an. Les températures permettent un développement sur une bonne partie de l’année (4 saisons bien prononcées) et la faune est variée (sangliers, cervidés, écureuils…) tout autant que la flore (chênes, hêtres, charmes…). La litière du sol se décompose bien et les pH sont proches de la neutralité. La production de biomasse atteint 300 tonnes de matière sèche à l’hectare.

– Les biomes méditerranéens (pas forcément là où l’on croît) :
Biome méditerranéen (Andalousie) Guarrigue et maquis
Sous l’influence de la mer Méditerranée, cette forêt de feuillus, laisse chez nous, la place au maquis, à la garrigue, aux chênaies de Quercus ilex ou de Q. pubescens, aux pinèdes et aux chaparrals. Ce milieu très varié est en fait plus complexe qu’il n’y paraît. La sécheresse peut durer plusieurs mois et les températures moyennes y sont élevées : globalement plus diversifiées, les ressources nutritives sont toutefois moins abondantes que dans la zone tempérée.

– La steppe tempérée et les grandes prairies :
Steppes et grandes prairies
La pluviométrie (250 à 750 mm par an) est insuffisante à la formation de forêts. Les graminées adaptées à de telles conditions règnent en maître (stipa), plantes à rhizome et à bulbe tentent la survie. C’est le domaine des grands troupeaux de grands mammifères herbivores. La biomasse est parmi les plus faibles.

– Les déserts :
Désert
Il sont caractérisés par une pluviométrie inférieure à 200 mm par an. Les amplitudes journalières des températures y sont extrêmes. Ces zones arides ne sont pour autant pas dépourvues de vie. La végétation y est rare mais bien présente dans les moments de pluie. La faune est variée même si elle est peu représentée. L’adaptation aux conditions extrêmes du désert est de rigueur. La biomasse y est quasiment nulle.

– La savane tropicale :
Savane tropicale
Comme pour la steppe des zones tempérées, les graminées sont reines parmi les quelques rares arbres qui résistent (Acacia) à la chaleur et à l‘aridité de la saison sèche. Lieu des grands troupeaux, les carnivores y sont légion même si la production de biomasse reste faible. Il y a alternance d’une saison sèche avec une saison des pluies. Le troupeaux migrent de point d’eau en point d’eau. Les précipitations faibles empêchent l’installation de forêts stables.

– La forêt tropicale ombrophile (ombros = précipitation et philos = affectionner) :
Forêt tropicale ombrophile
Plus on s’éloigne des tropiques en allant vers l’équateur, plus la savane se boise jusqu’à devenir une forêt dense de type jungle. Au début les arbres sont à feuillage caduc (par économie de l’eau en saison sèche) puis ils demeurent verts toute l’année puisqu‘il n‘y a qu‘une saison à l’équateur et quelle est chaude et humide en permanence. On dit ces arbres sempervirents ou à feuillage persistant. La pluviométrie est proche des 2000 mm par an et c’est à cette latitude que la biodiversité est la plus forte avec une production de biomasse incroyable tout au long de l’année.

L’on comprend maintenant l’importance des latitudes et des altitudes dans la répartition des écosystèmes terrestres. Bien d’autres facteurs interviennent mais à échelle plus locale, ce qui explique l’extrême variété de ces systèmes porteurs de vie.

Taïga complèteLa Taïga un macro-écosystème
Biome TaïgaReprésentation géographique du biome Taïga

FONCTIONNEMENT DE L’ECOSYSTEME :

Cycle de la matière et flux énergétiqueIl faut se représenter la biosphère comme une machine vivante très structurée qui profite du mieux qu’elle le peut des ressources en éléments chimiques que lui offrent la lithosphère (ensemble des roches) et l’hydrosphère (océans et mers, étangs, lacs…), ceintes d’une atmosphère (air). La biosphère mérite qu’on lui porte un double regard : il s’agit en effet d’une mécanique en fonctionnement, pour être bassement matérialiste, mais aussi d’un être vivant presqu‘à part entière, pour faire un peu dans la métaphysique.

Comme impératif au fonctionnement de toute machine il faut de l’énergie. Celle qu’utilise principalement la biosphère est l’énergie fournie par la lumière du soleil. Bien entendu, la lumière ne peut être utilisée telle quelle et elle doit subir des transformations. Spectre de la lumière solaireLe but de ce formidable moteur, puisqu’il demande 10000 fois plus d’énergie que toute l’industrie planétaire réunie, est de faire du vivant, le plus de vivant possible : de la matière organique qui bouge et qui ressent.

Complexe atmosphère hydrosphère lithosphèreLe vivant est constitué de matière qu’il emprunte momentanément au système lithosphère-atmosphère-hydrosphère. Les premiers à bénéficier de l’énergie lumineuse du soleil sont les végétaux chlorophylliens (verts en général bien que d’autres pigments puissent leur donner une autre couleur dominante) qui, alimentés en énergie solaire, produisent leurs propres constituants. Le principal aliment du végétal chlorophyllien est le gaz carbonique (CO2, sa source de carbone) qu’il transforme essentiellement en sucre (glucose, saccharose, fructose, amidon…) mais également en huiles (lipides) et en protides. Sans l’eau, ces réactions chimiques ne peuvent avoir lieu et d’autres éléments chimiques entrent inévitablement en scène (oxygène, hydrogène, azote…).

Molécule de chlorophylleSi l’on traduit cela en langage écologique, l’énergie de la lumière du soleil est ainsi mise en boites de conserve (la cellule) dans le corps des végétaux. Cette propriété unique chez les végétaux à chlorophylle en fait des autotrophes, et leur permet de produire de la matière organique ; ce sont donc des producteurs.

Ces réserves en conserve seront ensuite utilisées pour faire fonctionner une multitude de maillons de la grosse machine, si imbriqués les uns dans les autres qu’on parlera des consommateurs de la chaîne alimentaire. Ces organismes, incapables de tirer de l’énergie autrement qu’en consommant d’autres organismes, sont dit hétérotrophes pour cela.

Une chaîne alimentaire

DécomposeursToutes ces structures, qui se seront élaborées pour un temps, seront à leur mort démantelées et dissociées par des organismes, spécialisés en nettoyage, qu’on nomme décomposeurs. Ainsi une boucle est accomplie prête à recommencer, les éléments organiques, retransformés en éléments minéraux, retournent à la lithosphère, à l’atmosphère et à l’hydrosphère. Quand je dis qu’une boucle recommence, il faut voir cela comme un phénomène diffus et continu. Vie et mort dans une même dynamique.

Ce mouvement recommencera grâce à un flux d’énergie qui durera le temps d’un soleil (environ 10 milliards d’années pour le notre) et aux grands cycles de la matière qu’il nous faudrait mieux respecter.
150 à 200 milliards de tonnes (en poids sec) de matière organique (êtres vivants) sont produits ainsi chaque année par Gaïa grâce au soleil.
Pourcentages de la répartitiion des biomes
L’on peut classer les biomes par production décroissante :
– Les forêts sont de loin les meilleures (30 unités),
– viennent ensuite les steppes et les savanes (15 unités),
– suivies des terres cultivées (7 unités) ;
– les déserts ne produisant quasiment rien (1 unité). les unités sont arbitraires
Pourcentages de la production des biomes
Le biome urbain étant, pour la vie sauvage, un vaste désert très énergivore…
Biome urbain un désert énergivore

UTILITE DE LA BIOSPHERE :

N’hésitons pas à pencher -au risque de passer pour de vulgaires exploiteurs de la planète- pour une vision utilitariste du système, usage qui convient à donner un sens là où l’on n’en trouverait aucun -sinon métaphysique ou mystique- et je pense évidemment à Déméter, la terre mère nourricière.

Les apports biomiques

La biosphère nous apporte quantité de choses insoupçonnables et nous aurions tort de nous en passer. Le tout étant de le lui rendre en respect infini, par une qualité de gestion de l’environnement, jamais satisfaisante, à parfaire constamment donc, et par une meilleure connaissance du milieu, une économie irréprochable de l’eau et des déchets ainsi qu’une franche maîtrise des besoins énergétiques et matériels des terriens. La prise de conscience de la crise écologique qui sévit ne pourra que fédérer l’ensemble des utilisateurs en citoyens du monde.

Biomes et éconosphère

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4 commentaires »

  1. Ma lecture bi-mensuelle.
    merci!

    Commentaire par Pangloss — 1 août 2009 @ 19 h 35 min | Réponse

    • J’ai pas encore vérifié les fautes d’orthographe

      Commentaire par alzaz — 1 août 2009 @ 23 h 53 min | Réponse

  2. […] aussi Les constituants de la biosphère (la maison […]

    Ping par glossaire * B | Vivre Nature — 25 novembre 2013 @ 16 h 40 min | Réponse

  3. […] aussi Les constituants de la biosphère (la maison […]

    Ping par glossaire * E | Vivre Nature — 25 novembre 2013 @ 16 h 42 min | Réponse


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