Flux d'énergie : fiche de révision et QCM sur les chaînes et réseaux trophiques

L'énergie entre dans l'écosystème par la lumière captée par les producteurs, passe de niveau trophique en niveau trophique en se perdant surtout sous forme de chaleur, et ne revient jamais : elle circule dans un seul sens, alors que la matière est recyclée par les décomposeurs.

Objectifs

Construire une chaîne alimentaire correcte (sens des flèches) et la placer dans un réseau trophique.
Attribuer à chaque être vivant son niveau trophique et son rôle : producteur, consommateur, décomposeur.
Expliquer où et pourquoi l'énergie se perd à chaque niveau.
Vérifier ses acquis avec un QCM à la fin de chaque partie.

Notions clés

1. Chaîne alimentaire et sens des flèches

Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants dans laquelle chacun mange le précédent. La flèche se lit « est mangé par » : elle va de l'aliment vers le mangeur, c'est-à-dire dans le sens du passage de l'énergie.

flowchart LR
A[Herbe] --> B[Criquet] --> C[Margouillat] --> D[Serpent] --> E[Rapace]

2. Niveaux trophiques et rôles

Niveau trophique	Rôle	Exemple (mare)
1	Producteurs : fabriquent leur matière organique par photosynthèse	Algues, nénuphars
2	Consommateurs primaires : herbivores	Tilapia, têtards
3	Consommateurs secondaires : carnivores	Héron
4 et plus	Consommateurs tertiaires…	Crocodile qui mange le héron
À tous les niveaux	Décomposeurs : transforment la matière morte en sels minéraux	Bactéries, champignons

Un réseau trophique est l'ensemble des chaînes alimentaires reliées d'un écosystème : un même être vivant peut manger plusieurs aliments et être mangé par plusieurs prédateurs, et donc occuper plusieurs niveaux.

flowchart LR
H[Herbe] --> C[Criquet]
H --> G[Pintade]
C --> G
C --> M[Margouillat]
M --> S[Serpent]
G --> S
S --> R[Rapace]
G --> R

Ici, la pintade mange des graines et herbes (consommateur primaire) mais aussi des criquets (consommateur secondaire).

3. Le flux d'énergie et ses pertes

À chaque niveau, l'énergie reçue se partage :

\[E_{\text{reçue}} = E_{\text{respiration (chaleur)}} + E_{\text{déchets et parties non consommées}} + E_{\text{stockée dans la biomasse}}\]

Seule l'énergie stockée dans la biomasse peut passer au niveau suivant. Le rendement de transfert est :

\[R=\frac{E_{\text{niveau } n+1}}{E_{\text{niveau } n}}\times 100\]

Ce rendement est souvent de l'ordre de 10 %, mais il varie beaucoup selon les êtres vivants (les animaux qui produisent leur chaleur en perdent davantage). Conséquences :

la pyramide des énergies se rétrécit toujours vers le haut ;
les chaînes alimentaires sont courtes (rarement plus de 4 ou 5 maillons) ;
l'énergie ne se recycle pas : elle doit être apportée sans cesse par la lumière du Soleil.

Dans la chaîne « herbe → criquet → margouillat », que signifie la flèche ?

« mange » : l'herbe mange le criquet.
« vit à côté de ».
« est mangé par » : elle indique le sens du passage de la matière et de l'énergie.
« est plus grand que ».

La flèche part de l'aliment et va vers le mangeur : elle suit le trajet de la matière et de l'énergie dans la chaîne.

Sous quelle forme la plus grande partie de l'énergie est-elle perdue à chaque niveau trophique ?

Sous forme de chaleur, libérée par la respiration.
Sous forme de lumière, renvoyée vers le Soleil.
Elle n'est pas perdue : elle est entièrement transmise au niveau suivant.
Sous forme de sels minéraux absorbés par les plantes.

La respiration cellulaire fournit l'énergie utile au fonctionnement de l'organisme et dégage de la chaleur, qui quitte l'écosystème et ne peut plus être utilisée par les êtres vivants.

Exemples résolus

Exemple 1 : corriger une chaîne mal écrite

Seydou a écrit : « Héron → tilapia → algues ». Corrige et indique le niveau trophique de chacun.

Voir la solution

Les flèches sont à l'envers : elles doivent aller de l'aliment vers le mangeur. Chaîne correcte : algues → tilapia → héron. Algues : niveau 1 (producteurs) ; tilapia : niveau 2 (consommateur primaire) ; héron : niveau 3 (consommateur secondaire).

Exemple 2 : lire un réseau trophique

Dans le réseau de la savane ci-dessus, combien de chaînes alimentaires différentes mènent de l'herbe au rapace ? À quels niveaux trophiques se trouve la pintade ?

Étape 1 : je suis toutes les flèches à partir de l'herbe jusqu'au rapace, sans revenir en arrière.

Étape 2 : je trouve : herbe → pintade → rapace ; herbe → criquet → pintade → rapace ; herbe → pintade → serpent → rapace ; herbe → criquet → pintade → serpent → rapace ; herbe → criquet → margouillat → serpent → rapace.

Étape 3 : il y a donc 5 chaînes.

Étape 4 : la pintade est au niveau 2 quand elle mange l'herbe et au niveau 3 quand elle mange des criquets.

Exemple 3 : un calcul rapide de rendement

Données d'exercice : dans une prairie, les herbes stockent 20 000 kJ ; les criquets qui les mangent stockent 1 800 kJ. Calcule le rendement et l'énergie qui n'a pas été transmise.

Étape 1 : \[R=\frac{1\,800}{20\,000}\times 100=9\ \%\]

Étape 2 : énergie non transmise : \(20\,000-1\,800=18\,200\ \mathrm{kJ}\).

Étape 3 : cette énergie correspond aux parties d'herbe non mangées (qui iront aux décomposeurs), aux excréments des criquets et surtout à la chaleur dégagée par leur respiration.

Pourquoi trouve-t-on beaucoup moins d'aigles que de criquets dans une savane ?

Parce que les aigles pondent moins d'œufs, sans lien avec l'énergie.
Parce que l'énergie disponible diminue fortement à chaque niveau trophique : il en reste peu pour les derniers consommateurs.
Parce que les aigles sont des producteurs.
Parce que les criquets mangent les aigles.

À chaque transfert, une grande partie de l'énergie est perdue. Les niveaux élevés reçoivent peu d'énergie et ne peuvent nourrir que peu d'individus.

Erreurs fréquentes

Dessiner les flèches du mangeur vers l'aliment.
Oublier les décomposeurs, ou les placer seulement en bout de chaîne alors qu'ils reçoivent la matière morte de tous les niveaux.
Croire que le rendement vaut toujours exactement 10 % : c'est un ordre de grandeur.
Dire que la plante « mange » le sol : elle fabrique sa matière organique avec la lumière, l'eau, le dioxyde de carbone et les sels minéraux.

Quelle affirmation sur les décomposeurs est exacte ?

Ils renvoient l'énergie vers les producteurs.
Ils sont toujours au niveau trophique 1.
Ils n'existent que dans les forêts.
Ils transforment la matière organique morte en sels minéraux réutilisables par les plantes.

Les bactéries et champignons décomposeurs minéralisent la matière morte : la matière est recyclée, mais l'énergie qu'ils utilisent est perdue en chaleur.

Récapitulatif

Chaîne alimentaire : flèche = « est mangé par », dans le sens du passage de l'énergie.
Niveaux trophiques : producteurs (1), consommateurs primaires (2), secondaires (3), tertiaires (4) ; décomposeurs à tous les niveaux.
Réseau trophique : chaînes reliées ; un être vivant peut occuper plusieurs niveaux.
À chaque niveau, l'énergie est perdue surtout en chaleur (respiration) et dans les déchets ; rendement souvent de l'ordre de 10 %.
L'énergie circule dans un seul sens et vient du Soleil ; la matière est recyclée.

Producteur

Être vivant qui fabrique sa matière organique par photosynthèse : niveau trophique 1.

Consommateur

Être vivant qui se nourrit d'autres êtres vivants : primaire, secondaire, tertiaire.

Décomposeur

Bactérie ou champignon qui transforme la matière morte en sels minéraux.

Réseau trophique

Ensemble des chaînes alimentaires reliées d'un écosystème.

Rendement

Énergie du niveau n+1 divisée par énergie du niveau n, multipliée par 100.

Flux d'énergie

À sens unique : du Soleil aux producteurs puis aux consommateurs, avec des pertes en chaleur.