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Les écosystèmes
Introduction
La protection de la nature a été symbolisée pendant des années par des espèces animales menacées emblématiques, comme le gorille des montagnes, le panda géant ou la baleine bleue. Ces espèces ‘câlines’ ne sont toutefois que les maillons d’un vaste ensemble : un écosystème au sein duquel elles interagissent avec leurs congénères, avec d’autres espèces et avec leur environnement. Le déclin d’une telle espèce symbolique est aussi souvent l’expression visible d’un écosystème qui a été déséquilibré.
Dans ce chapitre, nous examinons brièvement l’approche écologique de la biodiversité et la manière dont les activités humaines influent sur les écosystèmes.
1. L’écologie en un mot
Il est impossible de parler de biodiversité sans aborder l’importance des interactions entre les êtres vivants et leur environnement. L’écologie étudie cette interaction complexe entre les organismes vivants, le sol, l’atmosphère et l’eau, tant au niveau de l’individu, de la population, de la communauté, de l’écosystème et du biome qu’au niveau de la biosphère. De cette manière, l’écologie fournit une image holistique de la biodiversité.
a. La vie sur Terre par petits bouts
Toute la vie sur Terre se rencontre dans la biosphère, une couche relativement fine et irrégulière qui s’étend à 29% sur la superficie terrestre et à 71% sur la superficie marine. La survie des organismes dépend directement ou indirectement de la lumière du soleil, la plupart des espèces vivent donc dans la partie de la biosphère qui est touchée par le soleil : toutes les terres et les cent premiers mètres des lacs et des océans.
Sur base des propriétés hydrogéologiques et climatologiques, on distingue différents biomes terrestres, d’eau douce et marins au sein de la biosphère. Bien que la composition des espèces puisse y être très différente, les écosystèmes fonctionnent de façon semblable au sein d’un biome donné. Ainsi, différentes forêts tropicales auront toujours certaines caractéristiques relatives aux cycles des nutriments et à la biomasse en commun, ce qui les diffèrent des autres biomes. C’est pourquoi les biomes sont parfois également définis comme un ‘ensemble d’écosystèmes’.
L’écosystème proprement dit est un ensemble dynamique de plantes, d’animaux, de champignons et de micro-organismes et de leur environnement non vivant, qui forment une unité fonctionnelle en un lieu donné. Il est donc composé d’une part d’une communauté : tous les organismes qui interagissent les uns avec les autres dans une région donnée. L’environnement physique où vit cette communauté est appelé biotope. Dans la communauté, tous les individus de la même espèce forment une population.
Au sein d’un biotope, chaque espèce ou population possède son propre habitat, zone où elle trouve de la nourriture, de l’eau, un abri et de l’espace, adaptés à ses besoins. En écologie, on parle de niches. Une niche n’est pas un endroit, mais une fonction spécifique remplie par une espèce dans un écosystème. Deux espèces avec exactement la même niche ne peuvent pas vivre ensemble dans le même biotope.
b. Les écosystèmes : une brève description
L’écosystème est un ensemble dynamique de plantes, d’animaux, de champignons et de micro-organismes et de leur environnement non vivant, qui forment une unité fonctionnelle en un lieu donné. L’écosystème est donc composé de deux éléments :
- un biotope (un environnement avec des caractéristiques physiques et chimiques), et
- une communauté (un ensemble d’organismes de la même et de différentes espèces qui y vivent).
Dans un écosystème, tant les composants vivants (biotiques) que non vivants (abiotiques) jouent un rôle. Les caractéristiques abiotiques comme la température, l’intensité lumineuse, la nature du sol et la composition de l’air forment la base de l’écosystème. Elles déterminent le type de végétation, et donc les animaux qu’on y trouve. Les facteurs biotiques, comme la densité de la végétation, la quantité de nourriture disponible et la présence de prédateurs et de parasites, dépendent des organismes vivants.
Les facteurs biotiques et abiotiques sont étroitement liés. Ils s'influencent les uns les autres. Par exemple, la densité de végétation d'une forêt ou d'une mare détermine l’intensité lumineuse et la température. Les herbivores ont une influence sur la densité et la nature de la végétation et leur nombre est contrôlé à son tour par les prédateurs. L’écosystème existe donc uniquement grâce à une interaction intense entre tous les composants. La suppression ou l’ajout d’un composant peut avoir de lourdes conséquences.
Un écosystème peut prendre n'importe quelle taille et forme, selon l'étude effectuée. Ainsi, un écosystème peut être un petit espace (une haie, une mare) ou un lieu beaucoup plus vaste (la Forêt de Soignes). La mer du Nord, un récif corallien, un désert, un arbre avec ses habitants, une fourmilière ou une goutte d’eau : voilà autant d’exemples d’écosystèmes.
Les principaux écosystèmes en Belgique sont les forêts d’arbres feuillus et les forêts de conifères, les pâturages et les prairies, les bruyères et les dunes, les marais et les marécages, les lacs et les rivières, et l’écosystème de la mer du Nord.
c. Il y a de la vie
Toute vie sur Terre dépend de la transformation de l’énergie solaire en énergie chimique par le biais de la photosynthèse. Cette transformation est réalisée par les producteurs : les plantes vertes qui transforment les matières inorganiques en matériel organique et en oxygène. Les plantes synthétisent ainsi leur propre nourriture, c’est pourquoi elles sont qualifiées d’autotrophes.
Tous les autres organismes vivants dépendent des plantes pour leur nourriture. Ils ont besoin de matières organiques (en d’autres termes de plantes ou d’autres animaux) pour survivre, c’est pourquoi ils sont qualifiés d’hétérotrophes. Les organismes hétérotrophes qui se nourrissent exclusivement de plantes sont nommés herbivores. Les carnivores mangent des herbivores ou d’autres carnivores. Les omnivores mangent tant des matières végétales qu’animales. Les organismes qui vivent de matières mortes sont nommés détritivores.
L’enchaînement ‘manger et être mangé’ des différents organismes se nomme la chaîne alimentaire. Les chaînes alimentaires sont liées les unes aux autres au sein de l’écosystème et forment ensemble un réseau alimentaire.
Les organismes d’un écosystème sont classés dans un niveau trophique d'après leur place dans la chaîne alimentaire. Les producteurs sont à la base de la structure trophique. Ils sont mangés par les herbivores, appelés également les ‘consommateurs de premier ordre’. Au troisième niveau se trouvent les ‘consommateurs de deuxième ordre’ : les carnivores qui se nourrissent d’herbivores. Les niveaux suivants sont occupés par les prédateurs des carnivores. Les omnivores sont toujours des consommateurs, mais ils peuvent être placés à différents niveaux de la structure trophique selon les circonstances. Une chaîne alimentaire est généralement composée de trois ou quatre niveaux, pas plus.
Lorsque les producteurs ou consommateurs meurent, la matière morte qui subsiste est décomposée en matière inorganique par les décomposeurs. Ces organismes (essentiellement des bactéries et des champignons) assurent ainsi le recyclage des nutriments (minéralisation). Une étape indispensable pour le cycle des nutriments ou substances nutritives tels que le carbone, l’azote, le phosphore et le soufre. Il n’y a sur Terre qu’une réserve limitée de substances nutritives et les décomposeurs veillent à ce qu’elles soient de nouveau disponibles pour l’assimilation par les plantes.
d. L’homme dans la chaîne alimentaire
Principal prédateur et omnivore, l’homme est omniprésent dans presque toutes les chaînes alimentaires sur Terre. Mais nous ne dépendons pas que pour notre nourriture des processus écologiques des écosystèmes. L’homme doit la production d’oxygène, de médicaments et de matériaux de construction, l’épuration des eaux, la pollinisation de cultures, la régulation du climat ainsi que de nombreux autres services écosystémiques au fonctionnement des écosystèmes.
Nous avons donc tout intérêt à ce que les écosystèmes soient le moins possible perturbés. Mais la population mondiale croissante et la subvention à ses besoins, de première nécessité ou de luxe, affectent le fonctionnement des écosystèmes et la biodiversité. Les conséquences se font sentir à tous les niveaux.
> Plus d'infos sur les services écosystémiques dans le chapitre 'La biodiversité est source de vie'
2. Les écosystèmes et la perte de la biodiversité
La présence de produits tels que l’eau pure, l’oxygène, la nourriture et les combustibles nous paraît 'naturelle' que nous oublions leur origine. Il est difficile d’imaginer que l’homme pourrait détruire de tels services écosystémiques fondamentaux. Pourtant, de nombreux écosystèmes (ainsi que les services qu’ils fournissent) sont sérieusement menacés. La population humaine croissante a toujours plus de besoins à satisfaire. Les menaces sont si nombreuses et diverses, que les écosystèmes ne sont plus en mesure de rétablir leur équilibre dynamique.
a. Equilibré, mais dynamique
Les écosystèmes ne demeurent pas inchangés dans le temps et l’espace. Ce sont des systèmes constante évolution. Chaque organisme joue un rôle bien précis : les plantes produisent des substances organiques et de l’oxygène, elles sont mangées par les herbivores, qui sont à leur tour la proie de prédateurs, etc. Toutes ces interactions se compensent, permettant d’atteindre un équilibre biologique dynamique.
Observez la dynamique d’un écosystème par le biais de la succession d’un bout de nature belge. Si celui-ci peut évoluer sans être dérangé, un milieu forestier se développera presque systématiquement. Pendant les différentes phases de ce développement, la communauté vivante évolue aussi, de façon à ce que les relations entre les organismes vivants et avec leur environnement atteignent toujours un nouvel équilibre biologique. Les changements pendant une telle succession se font très progressivement et sur de nombreuses années. Les changements générés par les activités humaines sont d’une toute autre nature : ils sont souvent si profonds et radicaux qu’ils peuvent déséquilibrer l’écosystème.
b. Stable, mais avec des limites
On peut considérer un écosystème comme un corps humain. Il s’agit d’un ensemble au fonctionnement complexe, avec une bonne flexibilité. Tout comme un corps peut vaincre des contusions, une perte de sang temporaire ou une infection, un écosystème peut se rétablir après un ouragan, une sécheresse extrême ou l’invasion d’une espèce étrangère. Tout comme un corps peut continuer de fonctionner avec un seul bras ou en étant enfermé, un écosystème peut supporter un certain degré d’exploitation ou de pollution. Mais si une certaine limite est dépassée, le rétablissement n’est plus évident.
Mais où se situe cette limite ? En règle générale, on peut affirmer ceci : plus la biodiversité est grande, plus un écosystème peut supporter des changements. Il ressort d’études scientifiques qu’une diversité génétique et d’espèces plus élevée entraîne une plus grande productivité des associations végétales, la conservation de davantage de substances nutritives dans l’écosystème, une plus grande résistance aux invasions et aux maladies et un rétablissement plus rapide de l’équilibre dans l’écosystème après une perturbation. La diversité biologique est donc une assez bonne mesure pour exprimer l’élasticité et la stabilité d’un écosystème.
Comparons les écosystèmes des deux photos suivantes : une prairie fleurie et une pelouse. Il est évident qu’il y a davantage d’espèces de plantes dans la prairie et qu’elles offrent plus de place et de nourriture pour d’autres organismes. La biodiversité y est donc plus élevée, tant en ce qui concerne les espèces animales que végétales. La stabilité de l’écosystème est-elle également supérieure ? Eh bien, imaginez ce qui se passerait si on enlevait la principale espèce végétale dans les deux photos. La pelouse serait entièrement minée, tandis que la prairie fleurie resterait riche en espèces.
C’est pour cette raison que des écosystèmes tels que les régions polaires sont extrêmement sensibles aux changements. Les conditions environnementales requièrent une spécialisation élevée, et les rares espèces qui peuvent survivre en ces lieux forment un écosystème très vulnérable.
c. Comment les écosystèmes sont-ils perturbés ?
L’abattage d’une forêt ou le comblement d’un lac a un impact destructeur sur l’écosystème. Le fait semble évident. Mais les changements qui ont en apparence une influence à petite échelle peuvent provoquer des réactions en chaîne et avoir de lourdes conséquences pour l’écosystème. Ci-dessous, nous décrivons brièvement l’impact au niveau des écosystèmes des cinq principales menaces pour la biodiversité.
La destruction et le morcellement des habitats
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C’est inévitable : si un habitat ou un biotope est détruit, l’écosystème qui y existait périt définitivement. Mais le morcellement de l’habitat nuit aussi aux écosystèmes et à leur communauté vivante. Non seulement les espèces ont moins de nourriture et de lieux de nidification à disposition ; mais la distance vers d’autres habitats appropriés s’agrandit aussi. Les populations qui y vivent sont très petites et elles sont par conséquent plus sensibles aux imprévus (sécheresse, inondation, maladie…). Ce sont surtout les espèces avec un pouvoir de répartition limité ou qui ont besoin d’un grand habitat qui en font les frais.
> Étude de cas pour la Belgique : Les abeilles
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Le changement climatique
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Les effets du changement climatique sur les facteurs abiotiques des écosystèmes sont directement répercutés sur les espèces qui y vivent. Mais les espèces d’un écosystème ne réagissent pas toutes de la même manière, ce qui remet en question les relations au sein des communautés. La quantité croissante d’espèces invasives, qui adaptent leur répartition aux changements de température, mine aussi la stabilité des écosystèmes.
> Étude de cas pour la Belgique : Le gobe-mouche noir
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La surexploitation
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Les écosystèmes forment un ensemble dynamique basé sur une interaction intense entre les composants biotiques et abiotiques. Grâce aux processus écologiques qui s’y déroulent, l’homme y trouve entre autres de la nourriture, des matières premières, de l’oxygène et de l’eau propre. Cependant, si un écosystème est utilisé trop intensivement, ses fondements disparaissent systématiquement.
Ainsi, une agriculture basée sur la monoculture (sans cesse la même culture sur la même parcelle) épuise le sol et le cycle des nutriments est perturbé. Avec la surpêche, ce sont surtout des prédateurs essentiels qui disparaissent de la chaîne alimentaire, avec des conséquences qui touchent l’ensemble de la chaîne alimentaire. Les conséquences écologiques sont imprédictibles, mais une chose est sûre : à un moment donné, l’écosystème ne sera plus en mesure de rétablir son équilibre naturel.
> Étude de cas pour la Belgique : La Mer du Nord
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Les espèces invasives
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Les espèces invasives peuvent modifier en profondeur la structure et la composition des espèces d’un écosystème, en concurrençant les espèces indigènes pour la nourriture, l’habitat et le lieu de nidification. L’invasion de ces espèces exotiques peut provoquer une réaction en chaîne, dont les résultats sont difficilement prévisibles. Les effets cumulés peuvent plus particulièrement déstabiliser l’ensemble de l’écosystème lorsque plusieurs espèces invasives s’installent dans un écosystème.
> Étude de cas pour la Belgique : L'hydrocotyle fausse-renoncule
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La pollution, l’eutrophisation et l’acidification
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De nombreux exemples montrent les effets négatifs de la pollution et de l’eutrophisation sur le fonctionnement des écosystèmes. Les substances polluantes comme les pesticides, qui sont absorbées par un maillon, se propagent vite dans toute la chaîne et s’accumulent dans les niveaux trophiques supérieurs (bioaccumulation). À cause de l’enrichissement du sol avec des nutriments (azote, phosphore, potassium), le cycle de l’eau et des substances alimentaires est modifié, déséquilibrant les processus écologiques au sein des écosystèmes. Différents écosystèmes sont extrêmement sensibles à l’acidification, comme les forêts, les bruyères, les pâturages et les zones humides.
> Étude de cas en Belgique : Le faucon pèlerin
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d. Un plus un font trois
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Le déclin des écosystèmes dans le monde et en Belgique peut difficilement être imputé à une seule cause. Les menaces qui pèsent sur la biodiversité sont souvent étroitement liées et la plupart des écosystèmes sont confrontés à des perturbations d’origines diverses.
La rivière belge moyenne en est un parfait exemple. En premier lieu, on joue beaucoup avec l’habitat. En fonction des besoins de la navigation, des rivières sont déplacées ou creusées, les berges sont renforcées artificiellement, et ici et là, des rivières sont même partiellement ou entièrement enfouies. L’introduction d’écluses provoque le morcellement de l’habitat, ce qui rend impossible la migration des poissons.
Dans cet environnement fortement adapté et souvent artificiel, la vie doit encore affronter les eaux d’égout polluantes et les déversements industriels. Avec l’arrivage démesuré de nutriments provenant des activités agricoles, il en résulte une baisse générale de la qualité des eaux de surface.
La surpêche fait aussi des victimes dans l’écosystème de la rivière. Les grands poissons surtout, et essentiellement les espèces migratrices comme l’anguille, ont vu leur nombre baisser drastiquement. Les espèces de poissons comme le saumon atlantique, l’esturgeon atlantique et la truite de mer sont même éteintes en Belgique.
L’écosystème qui parvient à se maintenir malgré toutes ces perturbations, reçoit de plus en plus souvent la visite d’espèces exotiques qui s’acclimatent, souvent au détriment des espèces indigènes. Les plantes aquatiques comme la grande écuelle d’eau et la jussie à grandes fleurs couvrent en peu de temps de grandes surfaces d’eau, et influencent ainsi l’intensité lumineuse et la production d’oxygène gazeux dans l’eau. L’écrevisse de Californie, la moule zébrée et la tortue de Floride sont de redoutables concurrents pour les espèces animales indigènes. De plus, les plantes invasives telles que la berce géante et la renouée du Japon provoquent aussi l’appauvrissement de la biodiversité des berges.
Les espèces invasives reçoivent en outre un coup de pouce du changement climatique, favorisant les espèces du sud avec des températures plus élevées. Des modèles prédisent aussi des périodes de sécheresse plus longues, de sorte que le débit des rivières devrait sensiblement baisser en été.
Un petit miracle qu’il y ait encore de la vie dans les rivières belges malgré toutes ces perturbations. Ce qui est surtout dû aux plans de politique et de gestion intensifs des autorités et des associations environnementales. Tant pour les rivières que pour tous les autres écosystèmes, ces efforts intenses de la part des instances locales, régionales et nationales sont cruciaux pour leur survie.
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e. L’approche des écosystèmes
Les services écosystémiques tels que le cycle des nutriments, l’épuration de l’eau, la pollinisation des cultures et la production d’oxygène, de nourriture et de matières premières sont le résultat des processus écologiques qui se déroulent au sein des écosystèmes. La qualité et la quantité des services dépendent de la stabilité de l’écosystème, étroitement liée à la diversité génétique et des espèces au sein de la biocénose. La perte actuelle de la biodiversité a donc un impact inéluctable sur les services écosystémiques.
En 2001, les Nations Unies ont lancé le ‘Millenium Ecosystem Assessment’ (le MA, l’évaluation des écosystèmes pour le millénaire), une étude mondiale ayant pour objectif de dresser la carte des changements des écosystèmes et de leurs services, et d’en évaluer les conséquences pour le bien-être de l’homme. Il en ressort qu’au cours des 50 dernières années, l’homme a modifié les écosystèmes plus rapidement et plus en profondeur que jamais auparavant dans l’histoire de l’humanité. La perturbation a pris des proportions tellement énormes, que cela aura indubitablement des conséquences pour les générations futures.
Le MA souligne qu’à condition de mettre en œuvre les changements nécessaires au niveau de la politique et de la gestion, il existe des possibilités pour lutter contre la dégradation des écosystèmes. Dans ce contexte, une approche holistique est indispensable pour protéger tout l’écosystème et pour une utilisation durable et honnête des services écosystémiques. Avec cette ‘approche des écosystèmes’, on vérifie l’impact des activités humaines sur chaque composant de l’écosystème, et on tient compte de l’imprédictibilité et de la dynamique des écosystèmes.