Niveaux d'organisation écologique : étude de cas d'une mare et exercices corrigés

En écologie, on étudie le vivant à plusieurs échelles emboîtées, de l'individu à l'écosystème ; une étude de cas permet de reconnaître chaque niveau et de le décrire par des mesures.

Objectifs

Classer des éléments d'un milieu réel dans le bon niveau : individu, population, communauté, écosystème.
Calculer une densité et estimer un effectif par quadrats ou par capture-marquage-recapture.
Reconnaître un type de distribution spatiale.
Éviter les confusions les plus fréquentes entre les niveaux.

Notions clés en bref

Étape 1 : tous les tilapias de la mare, au même moment, forment une population.

Étape 2 : les populations de tilapias, de grenouilles, de nénuphars et des autres espèces de la mare forment la communauté, ou biocénose.

Étape 3 : la communauté, son milieu physique (le biotope : eau, vase, lumière, température) et leurs relations forment l'écosystème.

Individu : un être vivant unique (un tilapia).
Population : ensemble des individus d'une même espèce, vivant au même endroit au même moment et pouvant se reproduire entre eux.
Communauté (biocénose) : ensemble des populations de toutes les espèces d'un même milieu.
Écosystème : biocénose + biotope + les interactions entre eux.

Une population se décrit par son effectif \(N\), sa densité \(D\) et sa distribution dans l'espace :

\[ D = \frac{N}{S} \]

où \(S\) est la surface (ou le volume) occupée.

Les grenouilles et les tilapias de la mare forment ensemble…

une population.
une partie de la communauté.
le biotope.

Ce sont deux espèces différentes : elles ne forment pas une population. Elles font partie de la communauté, avec les autres espèces de la mare. Le biotope est la partie non vivante.

Étude de cas et exercices progressifs corrigés

Niveau 1 : classer les observations de Fanta

Classe chaque élément : (a) un crapaud précis, (b) tous les nénuphars de la mare, (c) la vase et l'eau, (d) toutes les espèces vivantes de la mare, (e) la mare entière avec ses êtres vivants et son milieu.

Voir la solution

(a) individu ; (b) population ; (c) biotope, partie non vivante de l'écosystème ; (d) communauté ou biocénose ; (e) écosystème.

Niveau 2 : estimer un effectif par quadrats

La berge mesure 2 000 m². Fanta pose au hasard 5 quadrats de 1 m² et compte les touffes d'une même graminée : 12, 8, 10, 14 et 6.

Étape 1 : moyenne par quadrat : \[ \frac{12 + 8 + 10 + 14 + 6}{5} = \frac{50}{5} = 10 \] soit une densité de 10 touffes par m².

Étape 2 : effectif estimé : \( N = D \times S = 10 \times 2\,000 = 20\,000 \) touffes.

Étape 3 : c'est une estimation. Plus on pose de quadrats au hasard, plus elle est fiable.

Niveau 3 : estimer une population mobile par capture-marquage-recapture

Les tilapias bougent : on ne peut pas utiliser de quadrats. Un pêcheur aide Fanta : il capture 40 tilapias, les marque d'une petite entaille sur la nageoire et les relâche. Une semaine plus tard, il en capture 50, dont 10 marqués. La mare a une surface de 5 000 m².

Étape 1 : on suppose que la proportion de marqués dans la 2e capture est la même que dans toute la population : \[ \frac{10}{50} = \frac{40}{N} \]

Étape 2 : on isole \(N\) : \[ N = \frac{40 \times 50}{10} = 200 \ \text{tilapias} \]

Étape 3 : densité : \[ D = \frac{200}{5\,000} = 0{,}04 \ \text{tilapia par m}^2 \] soit 400 tilapias par hectare.

Étape 4 : conditions de validité : les marques ne doivent pas tomber ni gêner les poissons, les individus marqués doivent se mélanger aux autres, et la population ne doit presque pas changer entre les deux captures.

Niveau 4 : reconnaître une distribution

Voir la solution

(1) Distribution régulière : les individus sont à égale distance les uns des autres. (2) Distribution agrégée : les individus se regroupent autour d'une ressource. C'est la plus fréquente dans la nature. (3) Distribution aléatoire : la position de chaque individu ne dépend ni du milieu ni des autres.

Lors d'une capture-marquage-recapture, on marque 30 poissons ; on en recapture 60, dont 6 marqués. Quel effectif estime-t-on ?

\( N = \frac{30 \times 60}{6} = \frac{1\,800}{6} = 300 \) poissons.

Erreurs fréquentes

Population et lieu : les tilapias de deux mares séparées forment deux populations distinctes, même s'il s'agit de la même espèce.
Biocénose et biotope : bio-cénose = les êtres vivants ; bio-tope = le lieu et ses conditions physiques et chimiques.
Estimation et comptage : quadrats et capture-marquage-recapture donnent une estimation, pas un nombre exact.
Méthode adaptée : quadrats pour les êtres fixes ou peu mobiles (plantes, escargots) ; capture-marquage-recapture pour les animaux mobiles (poissons, oiseaux, insectes).

Récapitulatif

Population

Individus d'une même espèce, au même endroit, au même moment.

Communauté

Ensemble des populations d'un milieu : la biocénose.

Écosystème

Biocénose + biotope + leurs interactions.

Densité

Effectif divisé par la surface ou le volume occupé.

Capture-marquage-recapture

Estimation d'une population mobile : N égal M fois C divisé par R.

Distribution agrégée

Individus regroupés autour des ressources.