20 Principes d'écologie.

Objectifs : Devenir capable de

Mots et concepts clefs :

style="text-align:center"
chaîne alimentaire pyramide écologique
cycles de la matière respiration
photosynthèse effet de serre
impact écologique
 

Les équilibres naturels.

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Dans cette première partie, nous allons mettre en évidence l'existence d'équilibres dans la nature. Nous montrerons que ces équilibres ne sont pas purement statiques mais qu'ils sont constamment remis en place par un jeu de transport de matières : les quantités de matière qui s'en vont sont immédiatement remplacées par des matières nouvelles. Ces mouvements de matières dans la nature sont bien mis en évidence dans le modèle de la chaîne alimentaire.

La chaîne alimentaire.

La notion de " chaîne alimentaire " (ou chaîne trophique) est très simple. On peut répartir les êtres vivants en trois catégories selon leur fonction dans la nature.

Une chaîne alimentaire type des forêts tempérées serait :

chêne fleche.gif (918 octets) chenille fleche.gif (918 octets) mésange fleche.gif (918 octets) épervier

En réalité, le modèle de la chaîne alimentaire correspond assez mal à la réalité de la nature où les relations entre les êtres vivants sont beaucoup plus complexes. On met en évidence l'existence de véritables réseaux de relations entre les animaux et les végétaux ; on parle plutôt de réseau trophique.

La pyramide écologique.

La pyramide écologique permet de visualiser la diminution de matière ou d'énergie mise à la disposition de chaque échelon suivant dans la chaîne alimentaire. La signification de la pyramide des nombres ou de la pyramide des masses est évidente ; chaque rectangle de la pyramide aura une surface proportionnelle au nombre d'individus ou à la masse totale d'individus d'une même catégorie. La pyramide des énergies représente la quantité d'énergie récoltée à chaque niveau de la chaîne alimentaire. Toute l'énergie solaire récoltée par les végétaux n'est pas entièrement disponible pour les herbivores : une partie sert à l'utilisation propre des végétaux. Le deuxième niveau de la pyramide est donc moins large que le premier. Il en est de même pour le troisième niveau ou les carnivores de premier ordre ne récoltent pas toute l'énergie acquise par les herbivores, etc. Plus la pyramide est élevée, plus la base doit être large, puisque à chaque niveau se produit une perte. Les êtres vivants qui se trouvent à un niveau élevé dans la pyramide alimentaire (carnivores de xème ordre) consomment donc, à cause du grand nombre d'intermédiaires, une très grande quantité de végétaux ; les êtres vivants de niveau peu élevé consomment moins de végétaux. Au niveau humain, les problèmes de pénuries alimentaires devraient donc pouvoir être résolus si notre alimentation devenait moins carnivore et plus végétarienne.

 

Circulation de la matière dans les écosystèmes

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La circulation de la matière donne lieu à des recyclages

On a montré plus haut que les matières qui entrent dans la chaîne alimentaire sont utilisées par les maillons successifs. Certaines quantités de matières quittent la chaîne alimentaire et retournent au milieu minéral, à chaque niveau : ce sont les déchets. Cette matière qui se perd est continuellement recyclée. On désigne sous le terme de cycles de la matière ce passage alternatif de la matière entre le milieu minéral et la matière vivante. On peut mettre en évidence l'existence de plusieurs cycles de la matière dans la nature. Parmi ces cycles, celui de l'eau, du carbone, de l'oxygène et de l'azote sont les plus connus.

Un exemple : le cycle du carbone

Le carbone dans le milieu minéral.

Le carbone est présent dans la nature sous deux formes minérales prépondérantes :

Le CO2 présent en très faible quantité dans l'air (±0,03%) et celui dissous dans l'eau des océans (±50 fois la quantité présente dans l'atmosphère) est l'unique source de carbone pour les êtres vivants.

La consommation du carbone.

Le carbone entre dans la chaîne alimentaire par l'intermédiaire du phénomène de photosynthèse.

6 CO2 + 6 H2O + Énergie fleche.gif (918 octets) 6 O2 + C6H12O6

Par de multiples transformations chimiques, le glucose produit donne naissance à tous les composés organiques des êtres vivants.

Le rejet du carbone.

Chaque maillon de la chaîne alimentaire rejette du carbone lors de la respiration.

C6H12O6    +   6 O2   fleche.gif (918 octets)   6 CO2 + 6 H2O + Énergie

 

Synthèse

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Le cycle du carbone est entraîné par l'énergie solaire qui permet la photosynthèse. Depuis quelques centaines de millions d'années que l'ensemble des phénomènes qui président au cycle du carbone se déroulent, il s'est établi un équilibre entre les quantités de CO2 absorbées lors de la photosynthèse et les quantités de CO2 rejetées. La concentration en CO2 présente dans l'atmosphère est presque constante, la quantité de C présente dans la biosphère n'augmente ni ne diminue.

La circulation du CO2 dans la biosphère pourrait donc se représenter dans un schéma du type ci-contre :

Cette image a été réduite pour pouvoir tenir dans la page. Le retour à la taille normale produira une amélioration de la qualité.

 

Action de l'Homme sur la biosphère : atteinte à la nature.

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Un des bouleversements majeurs de l'histoire de la Terre s'est déroulé quand les végétaux photosynthétiques ont commencé à produire de l'oxygène en absorbant l'énergie solaire. Le faciès de la Terre en a été changé. Actuellement, l'Homme est en train de bouleverser une nouvelle fois les conditions physico-chimiques qui prévalent à la surface de la Terre. Cette fois, les modifications se font à un rythme beaucoup plus élevé que celui de la nature. Les quantités de CO2 et des oxydes acides dans l'atmosphère, les quantités d'insecticides et de pesticides introduits dans la biosphère, les substances rejetées et dissoutes dans les eaux des fleuves et des mers sont susceptibles d'entraîner des modifications importantes à notre milieu de vie. Quelles sont les causes de ces modifications ? Quelles en sont les implications ?

L'explosion démographique humaine

Pendant des millénaires, l'Homme n'a guère eu d'influence sur son milieu. Il s'y est intégré, prélevant une quantité limitée de nourriture. L'apparition de l'agriculture marque un tournant dans l'histoire des rapports qui lient l'être humain à son milieu : ce dernier se trouve petit à petit aménagé en fonction des besoins des agriculteurs. Cette influence, négligeable dans un premier temps, et devenue significative à partir du siècle passé. La croissance de la population humaine s'est faite de manière extraordinaire, essentiellement au cours de ces dernières décennies : elle se marque par une courbe exponentielle. Les besoins en ressources minérales et en énergie de cette population ont cru selon le même type de loi. Avant la crise de l'énergie, la consommation d'énergie doublait tous les dix ans dans les pays industrialisés. Cependant, on s'est rendu compte que ces ressources ne sont pas inépuisables : la crise pétrolière nous en a fait durement prendre conscience. Même si la pénurie en matières premières ne fait pas encore sentir ses effets directement, on a maintenant compris que les ressources ne sont pas inépuisables.

L'action humaine déséquilibre les cycles de la matière

La nature est capable d'accepter une certaine quantité de déchets et de régénérer cette matière. Les excréments et les cadavres d'animaux et de végétaux retournent à la terre ou dans l'eau et sont dégradés par les décomposeurs. Ils sont réutilisés par les êtres vivants tout au long de la chaîne alimentaire. La quantité d'énergie nécessaire pour couvrir les besoins d'une population en croissance exponentielle devient de plus en plus grande. Il est donc nécessaire d'assurer une production de plus en plus importante. Actuellement, la plus grande partie de notre énergie provient de la combustion des matières fossiles ; celles-ci constituent un réservoir important de carbone. Leur combustion s'accompagne de la formation de quantités non négligeables de CO2. Ce dernier est introduit dans le cycle du carbone. De plus, la déforestation diminue sensiblement la quantité de végétaux capables d'effectuer la photosynthèse. Les végétaux ne parviennent plus à assimiler tout le CO2 qui s'accumule. Il se forme plus de CO2 qu'il n'en disparaît : ce gaz s'accumule dans l'atmosphère

Quels sont les effets produits ?

Il semble que l'effet essentiel de l'augmentation du taux de CO2 soit une augmentation de la température moyenne sur la Terre. On explique le phénomène en invoquant l'effet de serre. La Terre, soumise au rayonnement solaire, émet à son tour un rayonnement dans l'espace : des rayons infra-rouge, qui véhiculent de la chaleur. Les vitres d'une serre sont transparentes à la lumière solaire ; cette lumière traverse donc les parois de la serre. Par contre, le verre est opaque aux rayons I.R. émis par le sol. Dès lors, le rayonnement thermique reste prisonnier de la serre dont l'atmosphère s'échauffe. Le CO2 de l'atmosphère agit comme une vitre de serre. L'augmentation de la teneur en CO2 pourrait provoquer un échauffement sensible de la température de la planète. Cela provoquerait une fusion partielle de la glace des pôles amenant une élévation du niveau moyen des mers qui provoquerait l'engloutissement de nombreuses terres !

Que devons-nous faire ?

Les écologistes sont, stricto sensu, des scientifiques qui étudient les relations qui existent entre les êtres vivants et le milieu minéral dans lequel ils vivent. Le type de croissance rapporté plus haut au sujet de la population humaine est bien connu des écologistes. Lorsqu'une population animale ou végétale prend possession d'un biotope dans lequel il n'existe aucune concurrence, cette espèce se développe très rapidement selon une loi exponentielle. Mais, la phase de croissance se trouve toujours arrêtée, et la courbe exponentielle prend une allure asymptotique. Le phénomène peut être expliqué par des raisons de deux types :

Il est bien clair que, tant que la colonisation des planètes n'est pas entreprise, l'être humain reste soumis à cette loi de la nature. L'éventualité d'une émigration prochaine n'étant pas à envisager pour les prochaines décennies, il nous faut envisager de réfléchir aux moyens d'infléchir la courbe de population humaine. Une première attitude consisterait à provoquer de manière consciente et volontaire, tant qu'il en est encore temps, l'inflexion de la courbe par des voies conformes à notre éthique. Si nous ne faisons rien, un système de régulation risque de se mettre spontanément en marche. Surpopulation, rareté et cherté des matières premières provoqueront une diminution globale du niveau de vie, un état de pénurie généralisé, un effondrement économique. Tous les peuples ne seront pas touchés au même degré : les plus riches tiendront plus longtemps que les autres, et chez eux, les couches de la population les plus aisées seront, dans l'immédiat, moins menacées. Mais quel sera alors l'état de tension, tant à l'intérieur des nations que sur la scène internationale ? Guerres et révolutions seront au rendez-vous. Une société, une humanité à deux vitesses avec des pauvres de plus en plus pauvres et des riches de plus en plus riches constitue une menace grave pour notre avenir. Les exigences de justice sociale et d'égalité des chances sont fondamentales, et pas seulement pour des raisons morales. La nécessité de protéger la nature a-t-elle uniquement des raisons sentimentales : les yeux humides des " bébés " phoques sont-ils le seul argument qui doit nous pousser à réfléchir à la question ? L'Homme a entrepris de domestiquer toute la nature ; on le trouve partout sur le globe. Son action sur la biosphère est déterminante. Dominant la nature et capable de la modifier, sa responsabilité est de la faire survivre. Son action doit se faire dans ce sens. Dans de nombreux cas, son action raisonnée s'exerce déjà dans l'objectif de réaliser des progrès industriels ou économiques tout en veillant à respecter les intérêts de la nature.

 

Exemple d'aménagement rationnel du territoire

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Dans le but d'expliquer ce que l'on entend par l'expression "aménagement rationnel du territoire", nous partirons d'un exemple d'aménagement. Il s'agit de la détermination du meilleur tracé pour une route. L'exemple choisi est réel. Il reprend l'appréciation de l'impact écologique du tracé de l'autoroute dans sa traversée du plateau des Tailles dans les Ardennes belges. L'étude d'impact écologique d'un projet d'aménagement (industriel, routier, agricole ou autre) est menée de la manière suivante :

Quantification de l'impact

Cette étude demande de déterminer la richesse écologique des différents sites touchés par la construction de l'autoroute. Cette richesse dépend entre autres de :

Il faut attribuer des cotes pour chacun des critères que l'on envisage. Les sites à forte valeur écologique se verront donc attribuer une cote élevée.

Choix de la solution la moins négative

On choisit le tracé d'autoroute pour lequel la somme des impacts négatifs est la moins grande. Une alternative encore meilleure peut éventuellement être proposée.

La réparation des pertes

La construction de l'autoroute pouvait avoir une répercussion dramatique sur le gros gibier, incapable de passer d'un espace forestier à l'autre. Confiné à un espace trop réduit, les espèces peuvent être condamnées. On a donc aménagé des passages à gibier par-dessus l'autoroute. D'autre part, les plantations doivent être restaurées aussi bien sur les talus que sur la berme centrale de l'autoroute.

 

Textes de travail

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Le réchauffement du 21ème siècle

Au cours des dernières années, les organisations scientifiques internationales ont multiplié leurs réunions sur le CO2 et autres gaz à effet de serre (GES). En particulier, le Conseil des Unions Scientifiques, l'Organisation Météorologique Mondiale et le Programme des Nations Unies pour le Développement ont créé, en novembre 1988, le Groupe d'Experts Intergouvernemental pour l'Etude du Changement Climatique (en anglais : Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC). Ce groupe fut chargé d'évaluer les informations scientifiques disponibles sur l'évolution du climat, d'en estimer les conséquences socio-économiques et d'élaborer des stratégies d'adaptation. En plus de ces trois domaines d'étude, l'IPCC fut prié de faire des recommandations sur l'identification et l'éventuel renforcement des conventions et protocoles existants en rapport avec le climat, et sur les éléments à inclure dans une éventuelle convention internationale sur le climat. Plusieurs rapports avaient déjà traité de ce problème sur l'impact des activités humaines sur le climat. L'évaluation de l'IPCC prend en compte ces rapports et les résultats nouveaux obtenus depuis leur publication. Ses conclusions furent entérinées par la Seconde Conférence Mondiale sur le Climat qui s'est tenue à Genève en novembre 1990 sous l'égide des Nations Unies. Elles sont basées sur le consensus suivant de la communauté scientifique. Les observations et les lois de la physique :

La concentration dans l'atmosphère des gaz à longue durée de vie (dioxyde de carbone, oxyde nitreux et CFC) ne s'équilibre que lentement sous l'effet de modifications des émissions. Si l'émission de ces gaz continuait au rythme actuel, nous serions condamnés à voir leur concentration augmenter pendant encore des siècles. Plus longue sera la durée pendant laquelle les émissions continueront à augmenter au rythme actuel, plus il faudra les réduire pour que les concentrations se stabilisent à un niveau donné. Seules des réductions immédiates de plus de 60% des émissions nettes (sources moins puits) de gaz à longue durée de vie provenant d'activités humaines entraîneraient une stabilisation de la concentration aux niveaux actuels; les concentrations de méthane se stabiliseraient si la réduction était de l'ordre de 15 à 20%. Les scénarios pour le futur

Berger A.
Effet de Serre et la Seconde Conférence Mondiale sur le Climat,
Recyclage FUNDP,
11 Novembre 1992

Quels sont les facteurs principaux qui contribuent à l'augmentation de l'effet de serre sur la Terre ?
Trace, de manière qualitative, les courbes d'évolution des températures et du niveau des mers dans le courant du prochain siècle en tenant compte des différents scénarios possibles.

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La démographie humaine

Car la nature n'a guère été tendre pour les hommes. Ils sont le résultat d'une série d'erreurs, d'incohérences, de handicaps. L'erreur essentielle concerne le nombre de leurs neurones, une erreur de grande amplitude puisqu'elle dépasse un ordre de grandeur. Homo est un primate doté de dix ou vingt fois trop de neurones ; quelques mutations, sans doute peu nombreuses, ont déréglé le rythme de leur fabrication durant la vie fStale, au lieu des 5 ou 6 milliards de cellules contenues dans le cerveau d'un chimpanzé, les foetus humains mettent en place 50 à 100 milliards de cellules. Le bassin des mères n'ayant pas été élargi en proportion, le foetus resterait prisonnier s'il attendait pour naître d'être prêt à affronter le monde extérieur. La seule solution a été de l'expulser bien avant qu'il n'ait atteint une maturité lui apportant un minimum d'autonomie. Cette naissance avant terme fait commencer la vie de chaque membre de l'espèce par une catastrophe. La chance d'y survivre est faible. Un nombre élevé de naissances est nécessaire pour que, malgré ce handicap, l'espèce se perpétue. Les pressions naturelles sont si puissantes que la descendance "utile" (c'est-à-dire atteignant à son tour l'âge procréateur) des femmes ne permet le renouvellement d'une génération que si elles mettent au monde autant d'enfants que possible : plus d'une dizaine de grossesses pour deux survivants. L'obsession de la procréation est fondamentale. Ce handicap a maintenu pendant la plus grande partie de son histoire l'effectif de l'espèce à un niveau très bas : le premier million d'hommes n'a été atteint qu'il y a 35.000 ou 40.000 ans, à l'aube du paléolithique. L'invention d'outils de chasse plus performants a alors permis d'atteindre 5 millions d'hommes, niveau qui semble être resté stable jusqu'au néolithique.lue. L'invention de l'élevage, de l'agriculture, de l'écriture, le début de l'urbanisation ont provoqué, il y a 8.000 ou 10.000 ans, un décuplement de l'effectif suivi d'une lente progression qui a porté celui-ci à 250 millions à l'époque de Jésus-Christ. Puis, pendant 1.500 ou 1.600 ans, ce niveau est resté relativement constant, après quoi ce fut l'explosion : 500 millions en 1600, 1,5 milliard en 1900, 5 milliards aujourd'hui, 10 ou 11 milliards avant un siècle. Bien sûr, des discussions sans fin peuvent se dérouler à propos de l'effectif maximal compatible avec les ressources de la planète ; est-ce 10, 15 ou 50 milliards ? Le fait certain est que ce butoir, où que l'on s'imagine en mesure de le situer, existe ; et son existence même nous contraint à raisonner de façon nouvelle. Nous sommes en effet en présence d'un processus de développement exponentiel, c'est-à-dire tel que l'accroissement relatif est à peu près constant. Or le propre des exponentielles est qu'elles débutent lentement, raisonnablement, mais que, soudain, elles aboutissent à des situations absurdes, incompatibles avec les contraintes. Un accroissement de 2 % par an peut sembler bien faible, il correspond pourtant à un doublement en 35 ans, donc à un quadruplement en 70 ans, à une multiplication par 7 en moins d'un siècle. Les effets sournois d'une telle accélération sont bien mis en évidence par l'apologue des nénuphars qui, chaque jour, procréent chacun un autre nénuphar. Le premier jour, il y a 1 nénuphar, le second jour 2, le troisième 4... Par hypothèse, la dimension de l'étang est telle qu'au bout de cent jours sa surface est entièrement recouverte, la vie de la tribu nénuphar est alors brutalement arrêtée faute d'espace. Au bout de combien de jours la surface d'eau libre représente-t-elle encore la moitié de l'étang ? Un enfant étourdi répond 50 jours, soit la moitié de la durée totale. Une réflexion évidente nous montre que la bonne réponse est 99 jours. On peut constater qu'au bout de 95 jours la surface occupée n'est encore que de 3 % de l'étang. Si quelques nénuphars Cassandre alertent alors leurs congénères en prédisant que cela va mal se terminer, ils se heurtent au scepticisme : " Après 95 jours, il reste encore 97 % d'espace libre, nous avons le temps de voir venir, continuons comme avant ". En fait, il ne leur reste que 5 jours avant la catastrophe. Si le discours des Cassandre est assez convaincant et si la population nénuphar s'arrange pour acquérir trois autres étangs identiques, l'échéance n'est reculée que de 2 jours.

Jacquard A.
Voici le temps du monde fini (op. cit.)
pp 112-115

Après lecture du texte précédent, trace un graphique approximatif indiquant l'évolution de la démographie humaine depuis le paléolithique.

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Le monde a des limites

Les hommes ont pu longtemps raisonner comme s'ils ne rencontraient pas de limites. Aujourd'hui, ils doivent constater qu'elles existent bel et bien, et que, dans de nombreux cas, ils les ont atteintes. Cela est évident pour les limites spatiales ; la planète n'est pas grande, nous l'avons entièrement explorée ; les terrae incognitae, si nombreuses sur les cartes il y a quelques siècles, ont entièrement disparu. Sans relâche, des satellites d'observation, civils ou militaires, photographient les vallées les plus inaccessibles, les déserts les plus inhospitaliers, et nous renseignent sur tous les événements qui s'y produisent. Rien ne concrétise mieux sans doute la finitude du monde des hommes que cette possibilité d'en avoir en permanence une description totale et quasi immédiate. Les limites ont également été atteintes pour les ressources non renouvelables. Certes, la plupart d'entre elles n'ont pas encore été épuisées, mais nous pouvons donner une estimation de la date à laquelle elles le seront, si le rythme actuel de leur utilisation se poursuit. Pour nombre d'entre elles, cette dite est très proche, moins de quelques siècles nous en séparent. Mais, surtout, nous avons atteint les limites de la capacité de la planète à supporter les conséquences de nos actes. Cela est clair pour nos activités guerrières. Même à Verdun ou à Stalingrad, les orgies d'obus n'affectaient pas les équilibres atmosphériques. Aujourd'hui, il suffirait d'utiliser une faible fraction des 15.000 mégatonnes disponibles pour provoquer un hiver nucléaire transformant durablement l'ensemble des climats. Cela est vrai aussi pour l'ensemble des déchets produits par nos activités. Les exutoires locaux donnent l'illusion de pouvoir se débarrasser des substances nuisibles, mais on ne peut que les transporter un peu plus loin et faire surgir en un autre lieu des problèmes parfois plus graves que les difficultés initiales. Ainsi les éleveurs bretons ont-ils cru possible d'envoyer à l'égout les déjections de leurs porcs ; mais, de ruisseaux en rivières, ces déjections arrivent à la mer où elles polluent les plages ; en voulant accroître la richesse locale, ces éleveurs sont en passe de détruire le tourisme en Bretagne. Dans un monde devenu limité, il n'est plus possible de se débarrasser d'un produit en l'envoyant ailleurs. Il n'y a plus d'ailleurs.

Jacquard A.
Voici le temps du monde fini (op. cit.)
pp 133-135

Quel est le sens de l'expression " le monde fini " figurant dans le titre de l'ouvrage d'Albert Jacquard ?

Dernière modification: 02/07/2006