Comme indiqué au début de cette section, tous les organismes sur la Terre requièrent de l’énergie pour vivre. Nous venons aussi d’apprendre que la plupart des plantes obtiennent leur énergie du soleil à travers le processus de photosynthèse. Les plantes photosynthétiques, ainsi que les microbes qui pratiquent la photosynthèse sont appelés autotrophes. Ce mot vient du mot grec qui signifie : « qui se nourrit par lui-même ». Ces plantes et microbes sont appelés autotrophes parce qu’ils produisent leur propre énergie alimentaire en convertissant l’énergie solaire en sucre à travers le processus métabolique de photosynthèse. Mais qu’en est-il des autres formes de vie, telles que les hommes, les mammifères et les insectes, qui ne peuvent pas métaboliser l’énergie solaire ? Ces organismes sont nommés hétérotrophes (du mot grec signifiant “qui se nourrit d’autrui”), parce qu’ils doivent consommer des composés organiques qu’ils trouvent dans les tissus d’autres organismes pour obtenir l’énergie alimentaire dont ils ont besoin. 

Regarder vers l’avant

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Dans la section future “Energie et spiritualité”, vous apprendrez que beaucoup de religions du monde affirment que les hommes possèdent une “énergie spirituelle” intérieure.

Les nombreuses formes d’autotrophes et hétérotrophes qui vivent à l’intérieur d’un même écosystème maintiennent entre eux une coexistence harmonieuse à travers une structure trophique. Une structure trophique est la structure qui gouverne les mouvements d ’énergie et de matière entre les organismes à travers un écosystème spécifique. La structure trophique complexe qui maintient l’équilibre entre autotrophes et hétérotrophes, connue comme chaîne alimentaire, est construite sur les relations alimentaires entre les organismes qui coexistent à l’intérieur d’un écosystème. L’exemple d’une réseau alimentaire simple dans le sol (figure 4) montre les liens d’interdépendance entre organismes. Chaque organisme joue un rôle à l’intérieur de l’écosystème, rôle nécessaire pour la vitalité des autres organismes dans la chaîne alimentaire.

soil food web
Figure 4 : Une chaîne alimentaire du sol. Les flèches montrent le flux d’énergie d’un organisme au suivant le long de la chaîne alimentaire. 1

Il y a différents niveaux trophiques établis le long d’une chaine alimentaire. La différenciation de ces niveaux se fonde sur les groupes d’organismes, partageant les mêmes habitudes alimentaires et les mêmes moyens essentiels d’obtenir l’énergie, groupes établis le long d’une chaîne alimentaire. Par exemple, les plantes photosynthétiques constituent le niveau trophique des producteurs primaires parce qu’elles sont le premier maillon de la chaîne alimentaire, et qu’elles produisent leurs propres sucres qui ensuite nourrissent le reste de la chaîne alimentaire. Les consommateurs primaires ou herbivores, constituent le deuxième niveau trophique parce qu’ils consomment les producteurs primaires. Les consommateurs secondaires sont des carnivores ou des omnivores, qui consomment les consommateurs secondaires et parfois les plantes. Les consommateurs tertiaires (appelés aussi grands carnivores) consomment les consommateurs primaires ou secondaires. La plupart des chaines alimentaires ne supportent pas plus de quatre niveaux trophiques en raison des faibles rendements des transferts d’énergie (la perte d’énergie utile) d’un niveau au suivant (cf. deuxième loi de la thermodynamique).

Si l’on classe les plantes, micro-organismes et animaux dans une chaine trophique, on peut montrer et résumer leurs relations, la répartition de la biomasse par niveau trophique, et les transferts d’énergie dans une pyramide trophique (figure 5).

trophic levels
Figure 5 : Une pyramide trophique simple illustre la perte d’énergie (kilocalories, ou biomasse), d’un niveau trophique au suivant. Comme le montre la pyramide, nous pouvons voir que les producteurs primaires ou autotrophes photosynthétiques constituent la base de la plupart des chaines alimentaires. Quand l’énergie est transférée en haut de la pyramide en direction des prédateurs ultimes, près de 90 % de l’énergie est perdue à chaque niveau, et seulement 10 % est convertie en biomasse au niveau trophique supérieur. 2

Dans la pyramide trophique représentée à la figure 5, il y a quatre niveaux trophiques. A la base de la pyramide sont les plantes photosynthétiques ou producteurs primaires. Notez que la biomasse totale (ou énergie mise en réserve) du niveau trophique de base est très largement supérieure à celle des autres niveaux trophiques, chacun des niveaux trophiques successifs contenant une biomasse totale nettement plus petite. La réduction de la biomasse se produit parce qu’il y a une grande perte d’énergie associée à chaque transfert trophique, quand seulement 10 % de l’énergie est transférée d’un niveau au suivant, pour être convertie en biomasse au niveau supérieur.

Par exemple, quand un herbivore consomme 100 kcal (kilo calories) d’herbe, il ne peut pas convertir 100 % de ces kilocalories dans sa propre biomasse. Au contraire, une partie de l’énergie lui sert à chercher la nourriture convenable, à la manger et à la digérer. Une partie de l’énergie est consommé dans les processus métaboliques de base de l’animal, et une partie est perdue dans la défécation et les excréments. Par conséquent, c’est seulement environ 10 % de l’énergie consommée qui sera convertie par l’animal en nouvelle croissance ou en reproduction.

Le efficacité trophique se calcule comme le pourcentage d’énergie que les consommateurs d’un niveau trophique convertissent en biomasse par rapport au niveau trophique précédent. Comme les rendements trophiques sont très bas, il y a très peu de consommateurs tertiaires (comme illustré avec le faucon sur la figure 5).

Comme on l’a expliqué au chapitre sur la biodiversité, la Terre abrite de nombreux biomes, qui soutiennent chacun des centaines de chaines alimentaires régionales uniques, comme celle qui est décrite à la figure 6. Durant les 3 derniers milliards d’années, le nombre de formes de vie différentes a proliféré, accroissant la biodiversité de la Terre, et accroissant aussi la biomasse totale des organismes vivants. A la mort d’un organisme, une partie de cette biomasse s’enfouit dans les dépôts géologiques. Au cours de nombreuses centaines de millions d’années, cette biomasse a été transformée en produits combustibles, pétrole brut, charbon, gaz naturel et bitumes, par l’exposition à la chaleur et à la pression dans la croûte terrestre. Ces dépôts organiques fossilisés combustibles s’appellent combustibles fossiles. Dans la suite de ce chapitre, nous apprendrons comment les hommes emploient ces dépôts organiques fossilisés comme sources d’énergie dans beaucoup de cultures modernes.