Flux d'énergie et chaînes alimentaires : étude de cas d'une savane et erreurs fréquentes

L'énergie entre dans un écosystème par les producteurs, passe d'un niveau trophique à l'autre en se perdant en grande partie à chaque étape, et ne revient jamais : elle circule dans un seul sens, alors que la matière est recyclée.

Objectifs

Construire correctement une chaîne et un réseau trophiques à partir d'observations réelles.
Calculer l'énergie transmise et le rendement d'un niveau trophique au suivant.
Distinguer pyramide des nombres et pyramide d'énergie.
Prévoir les conséquences de la disparition d'une espèce.
Corriger les erreurs les plus fréquentes sur les flèches, les décomposeurs et le recyclage.

Notions clés en bref

Producteurs : végétaux chlorophylliens (mil, herbe). Par la photosynthèse, ils transforment l'énergie lumineuse en énergie chimique stockée dans leur matière organique.
Consommateurs : primaires (herbivores : criquet, chèvre), secondaires (mangeurs d'herbivores : margouillat), tertiaires (serpent), et ainsi de suite.
Décomposeurs : termites, champignons, bactéries. Ils transforment la matière morte en matières minérales réutilisées par les producteurs.
Chaîne alimentaire : suite d'êtres vivants où chacun mange le précédent. La flèche se lit « est mangé par » et indique le sens du transfert de matière et d'énergie.
Réseau trophique : ensemble des chaînes reliées entre elles d'un écosystème.

flowchart LR
  Mil --> Criquet
  Herbe --> Criquet
  Herbe --> Chevre
  Mil --> Pintade
  Criquet --> Pintade
  Criquet --> Margouillat
  Margouillat --> Serpent
  Serpent --> Rapace
  Pintade --> Rapace

Réseau trophique simplifié du champ d'Ibrahim. Les décomposeurs reçoivent la matière morte de tous les niveaux.

À chaque passage, une grande partie de l'énergie est perdue : chaleur dégagée par la respiration, déchets et excréments, parties non mangées. On définit le rendement (ou efficacité trophique) entre deux niveaux :

\[ \text{rendement} = \frac{\text{énergie du niveau } n+1}{\text{énergie du niveau } n} \times 100 \]

Dans les écosystèmes, il est souvent de l'ordre de 10 %, avec de fortes variations selon les êtres vivants.

Dans la chaîne mil → criquet → margouillat, que signifie la flèche ?

« mange »
« vit à côté de »
« est mangé par »

La flèche part de l'aliment et va vers le consommateur : le mil est mangé par le criquet. Elle montre le sens du transfert de matière et d'énergie.

Étude de cas : exercices progressifs corrigés

Niveau 1 : écrire une chaîne et nommer les niveaux

À partir du réseau, écris la chaîne la plus longue et donne le niveau trophique de chaque maillon.

Voir la solution

Mil (ou herbe) → criquet → margouillat → serpent → rapace. Producteur, consommateur primaire, consommateur secondaire, consommateur tertiaire, consommateur quaternaire. Cinq maillons.

Niveau 2 : calculer des rendements

Étape 1 : rendement mil vers criquets : \[ \frac{4\,000}{50\,000} \times 100 = 8 \ \% \]

Étape 2 : rendement criquets vers margouillats : \[ \frac{600}{4\,000} \times 100 = 15 \ \% \]

Étape 3 : part de l'énergie du mil retrouvée chez les margouillats : \[ \frac{600}{50\,000} \times 100 = 1{,}2 \ \% \] Presque toute l'énergie a été perdue en deux étapes.

Niveau 3 : construire une pyramide d'énergie

Avec un rendement de 10 % à chaque étape, et 100 000 kJ stockés par l'herbe, calcule l'énergie des criquets, des margouillats et des serpents.

Étape 1 : criquets : \(100\,000 \times 0{,}10 = 10\,000\) kJ.

Étape 2 : margouillats : \(10\,000 \times 0{,}10 = 1\,000\) kJ.

Étape 3 : serpents : \(1\,000 \times 0{,}10 = 100\) kJ, soit seulement 0,1 % de l'énergie de départ. Un cinquième maillon n'aurait que 10 kJ : c'est pourquoi les chaînes restent courtes.

Niveau 4 : prévoir les effets d'une disparition

Des villageois tuent tous les serpents autour du champ. Que peut-il se passer, d'après la chaîne mil → criquet → margouillat → serpent ?

Étape 1 : les margouillats ont moins de prédateurs : leur population augmente.

Étape 2 : plus de margouillats mangent plus de criquets : la population de criquets diminue.

Étape 3 : moins de criquets mangent moins de mil : le mil est moins attaqué, au moins un temps.

Étape 4 : dans le réseau réel, le rapace, qui mangeait des serpents, doit se reporter sur les pintades. Plus le réseau est riche, plus il amortit ces changements : c'est pourquoi on raisonne sur le réseau, pas sur une seule chaîne.

Un niveau stocke 8 000 kJ et le niveau suivant 400 kJ. Quel est le rendement ?

20 %
5 %
50 %

\( \frac{400}{8\,000} \times 100 = 5 \ \% \).

Erreurs fréquentes

Sens des flèches : on écrit mil → criquet, jamais criquet → mil. Astuce : la flèche suit le trajet de la nourriture.
Énergie et matière : la matière est recyclée grâce aux décomposeurs ; l'énergie, elle, finit en chaleur et ne revient pas. Le flux d'énergie est à sens unique et l'écosystème dépend en permanence du Soleil.
Pyramide des nombres et pyramide d'énergie : un seul manguier peut nourrir des centaines de chenilles. La pyramide des nombres est alors renversée, avec une base étroite. La pyramide d'énergie, elle, n'est jamais renversée, car chaque niveau reçoit moins d'énergie que le précédent.
Producteur : la chèvre n'est pas un producteur, c'est un consommateur primaire. Seuls les êtres chlorophylliens produisent de la matière organique à partir de la lumière.
Rendement : on divise toujours l'énergie du niveau supérieur par celle du niveau inférieur ; un rendement supérieur à 100 % signale une erreur de calcul.

Récapitulatif

Producteur

Végétal chlorophyllien qui convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique.

Flèche d'une chaîne

Se lit « est mangé par » : sens du transfert d'énergie.

Rendement trophique

Énergie du niveau suivant divisée par celle du niveau précédent, fois 100.

Pyramide d'énergie

Toujours à base large : chaque niveau reçoit moins d'énergie.

Décomposeurs

Recyclent la matière morte en matières minérales pour les producteurs.