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1 - LES INTERDEPENDANCES DES ETRES VIVANTS DANS UN MEME MILIEU
QU'EST-CE QU'UNE BIOCENOSE ?

b) Les relations alimentaires

Les problèmes de nourriture conditionnent la survie ou la bonne adaptation d'une espèce à un milieu donné.

Ils peuvent être étudiés de plusieurs points de vue différents.

Si l'on étudie un animal en particulier, on cherchera de quoi se compose son régime alimentaire.

Certaines espèces sont célèbres pour être strictement dépendantes d'une unique sorte de nourriture. Le koala, charmant petit marsupial d'Australie à la silhouette d'ours en peluche, ne mange que les feuilles d'une espèce d'eucalyptus. Dans un zoo, il mourra si on ne lui fournit pas le feuillage d'un arbre de cette espèce. Mais les animaux aussi strictement monophages sont malgré tout exceptionnels.

Les phasmes, curieux insectes en forme de brindille, se nourrissent de préférence de lierre mais peuvent utiliser d'autres feuillages.

Pour la plupart des animaux, il existe une relative variété dans la gamme des nourritures possibles.

Prenons un exemple : Quel est le régime alimentaire d'un renard ?

Quand on entend « renard » on pense « carnivore » et aussi « mangeur de fruits ». Voici selon les saisons, les proportions des différents aliments consommés, d'après une étude citée dans « Basic Ecology »

Biocénose relations alimentaires :  Voici selon les saisons, les proportions des différents aliments consommés par un renard

L'étude des régimes alimentaires fait apparaître immédiatement les relations entre les êtres vivants d'un même milieu, prédateurs ou proies.

Les chaînes alimentaires traduisent de façon très claire, très parlante pour les enfants, ce type d'interactions.

Les rapaces avalent leurs proies tout entières et rejettent, « vomissent » ensuite des pelotes de réjection comportant tout ce qui n'était pas « comestible », peau et poils des petits mammifères, plumes des oiseaux, os, cuticule de chitine des insectes. L'analyse du contenu des pelotes de réjection permet de déterminer avec précision quels ont été les animaux mangés par le rapace.

Biocénose et relations alimentaires : analyse du contenu des pelotes de réjection

Voici deux exemples de chaînes alimentaires en milieu marin :

Biocénose et relations alimentaires : chaînes alimentaires en milieu marin 

Biocénose et relations alimentaires : chaînes alimentaires en milieu marin 

Le contraste entre la longueur des deux chaînes est frappant. Nous verrons plus tard l'importance de la longueur d'une chaîne alimentaire dans son rendement total au point de vue des transferts d'énergie et de matière.

Les comparaisons des différentes chaînes alimentaires que les enfants auront pu établir d'après leur connaissance personnelle de certains milieux ou d'après des documents leur permettent d'établir certaines notions simples.

Le premier « maillon », le premier être vivant d'une chaîne alimentaire, est toujours une plante chlorophyllienne.

Les plantes chlorophylliennes sont donc les fournisseurs en matières organiques de tous les autres vivants. Elles assument donc le rôle de PRODUCTEURS.

Les animaux qui en mangent d'autres sont des CARNIVORES d'ordre 1, 2 ou 3 désignés aussi par les termes de CONSOMMATEURS de 2e et 3e ou 4e ordre.

Les cadavres tombés sur le sol ou au formés à la suite de fermentations et de putréfactions par des DECOMPOSEURS.

Les rôles de décomposeurs, de producteurs sont fixés une fois pour toutes. Mais un animal omnivore peut être tantôt consommateur de 1er ordre, lorsqu'il absorbe des végétaux ; tantôt consommateur d'un ordre plus élevé, lorsqu'il utilise de la nourriture animale.

En fait, animaux et plantes d'un milieu donné font le plus souvent partie de plusieurs chaînes alimentaires. L'ensemble de ces chaînes constitue un réseau alimentaire.

Biocénose et relations alimentaires : écologie, réseau de nourriture dans la zone arctique

Biocénose et relations alimentaires : le réseau alimentaire du hareng

Mais les illustrations précédentes n'envisagent pas le point de vue quantitatif. Or des études faites sur des territoires précis ont permis de dénombrer quelle quantité de proies étaient nécessaires à un couple de prédateurs, quel tonnage d'herbe était consommé par un troupeau d'herbivores.

Un lion peut tuer cinquante zèbres par an.

Dans un étang, les algues microscopiques se comptent par billions, les protozoaires qui s'en nourrissent sont au nombre de quelques millions. Les petits arthropodes atteignent la dizaine de mille, il y a des centaines de petits poissons. Les gros poissons se comptent seulement par dizaines.

Cette représentation d'une pyramide alimentaire peut se réduire à un diagramme traduisant le nombre d'êtres vivants concernés. Supposons qu'un champ de luzerne de 1 ha soit utilisé pour nourrir des veaux, qui alimentent à leur tour pendant un an un garçon de douze ans, dont, théoriquement, cette viande est la seule nourriture

Biocénose et relations alimentaires : Pyramide des nombres

On superpose des rectangles horizontaux de même hauteur dont la longueur est proportionnelle au nombre d'individus présents à chaque niveau...

Comme le nombre d'individus décroît généralement du premier au dernier niveau, cette « pyramide » a le plus souvent la pointe tournée vers le haut.

Les pyramides des nombres permettent de faire réfléchir les enfants sur les faits suivants :

1. Dans un écosystème les animaux de petite taille sont plus nombreux que les animaux de grande taille (ils se reproduisent plus vite).

2. Pour tout animal carnivore il y a une limite inférieure et une limite supérieure à la taille des proies qu'il peut manger. La limite supérieure est imposée car un prédateur ne peut attraper, tuer et dévorer une proie beaucoup plus grosse que lui. La limite inférieure existe pour des raisons de rendement : des proies trop petites devraient être capturées en trop grand nombre, ce qui serait à peu près impossible soit par manque de proies, soit par manque de temps. Il existe donc en général une taille optimale des proies de chaque espèce.

Ce sont des constatations de ce genre qui expliquent l'augmentation de taille et la diminution du nombre des individus quand on passe d'un niveau de rang n à un niveau de rang n + 1. Il y a cependant des exceptions à signaler ; elles peuvent êtres dues aux méthodes de chasse : les loups chassent en groupe des proies plus grosses qu'eux, des cerfs par exemple ; les araignées et les serpents grâce à leur venin peuvent tuer des proies volumineuses. En outre, dans les chaînes alimentaires de la forêt, lorsque le producteur primaire est un arbre et les consommateurs primaires des insectes, il y a plus d'individus dans le niveau des consommateurs primaires que dans celui des producteurs. L'homme est la seule espèce capable de subsister sur des proies de taille quelconque.

La pyramide des nombres n'a pas une valeur descriptive bien grande puisqu'elle accorde autant d'importance à tous les individus quels que soient leur taille et leur poids. Aussi ce mode de représentation est-il à peu près abandonné, ce qui ne signifie évidemment pas que le nombre d'organismes présents dans un écosystème soit sans intérêt.

On lui préfère donc la pyramide représentant les masses des organismes — biomasses de chaque niveau :

Biocénose et relations alimentaires : pyramide des masses

« La pyramide des masses a plus d'intérêt que la pyramide des nombres puisqu'elle indique pour chaque niveau la quantité de matière vivante présente. Mais elle accorde la même importance à tous les tissus qui ont des compositions chimiques et des valeurs alimentaires différentes et elle ne tient pas compte du temps : les biomasses peuvent s'être accumulées en quelques jours (plancton marin) ou en quelques dizaines d'années (forêt par exemple). Le rôle des bactéries de la décomposition est sous-estimé dans ce mode de représentation car ces microorganismes ont une masse très faible mais une activité chimique intense »

Dajoz Précis d'écologie (Dunod, 1971)

Le mode de représentation le plus précis au point de vue scientifique est donc la pyramide des énergies.

Biocénose et relations alimentaires : pyramide des énergies

Mais les données manquent souvent pour la construire et sont fréquemment hypothétiques.

Par ailleurs, la notion d'énergie n'est pas maîtrisée par les enfants, même en CM2, et cette représentation semble donc trop difficile pour eux.

Par contre, les enfants se rendent compte qu'il y a déperdition d'énergie entre les différents niveaux de la pyramide. On constate une perte considérable d'énergie à chaque niveau de la chaîne alimentaire.

Rappelons d'abord qu'une faible partie seulement de l'énergie lumineuse retenue par les plantes vertes est utilisée pour la photosynthèse. Une fraction des substances organiques produites sert à la croissance de la plante. L'autre fraction est dégradée (respiration). Elle fournit l'énergie chimique nécessaire à différentes synthèses, tandis qu'une partie est dissipée dans le milieu ambiant sous forme de chaleur. Il est rare que les animaux herbivores mangent des plantes entières ; ce qu'ils n'absorbent pas sera transformé par les décomposeurs, mais sera perdu pour eux. L'énergie potentielle qu'ils reçoivent en végétaux est en partie rendue au milieu sous forme de chaleur et de déchets. Ce qui vient d'être dit pour les herbivores est vrai pour les carnivores, consommateurs de tous ordres.

Il faut 12 kg de nourriture pour faire 1 kg de corbeau en moyenne, car il y a des différences selon les espèces. Le rendement pondéral d'un animal est de l'ordre de 10 %, 90 % de la nourriture étant dépensée sous forme d'énergie.

Les lignes suivantes donnent une vue globale sur les bilans énergétiques des êtres vivants à la surface du globe :

« Dans l'ensemble, on admet actuellement que les plantes sont capables de capter l'énergie solaire avec une efficience de 0,1 %, les herbivores captent à leur tour environ 10 % de l'énergie accumulée dans les plantes, les carnivores de premier ordre, 10 % de l'énergie accumulée dans les herbivores et ainsi de suite pour les carnivores des ordres suivants. L'efficience des carnivores de premier ordre est donc de 0,001 % (1 pour 100 000) et, chaque fois qu'on passe à un ordre supérieur dans la chaîne alimentaire, on ne garda que 10 % de l'efficience de J'ordre précédent. On conçoit que dans les pays surpeuplés la base de l'alimentation soit végétale : en ne gardant qu'un seul maillon de la chaîne on améliore l'efficience qui peut alors atteindre 0,01 % (1 pour 10000) : c'est le maximum. Constatons aussi que l'alimentation carnée la plus rationnelle doit se faire directement à partir d'herbivores pour la meilleure utilisation de l'énergie qui est à notre disposition : manger un carnivore est un luxe. C'est un luxe que la nature ne peut s'offrir qu'avec parcimonie. En masse les herbivores sont bien plus importants que les carnivores à la surface du globe ; en principe, du reste, la masse des carnivores (ou plus exactement de son équivalent énergétique) ne peut guère excéder 10 % de celle des herbivores.

On conçoit très bien alors que si l'on approfondit les recherches dans cette voie, on en arrive à faire un bilan planétaire. Ce bilan n'est rien moins que rassurant. Si l'on admet que la ration quotidienne de l'homme moyen est de 2750 kcal/jour, les besoins en calories de l'humanité entière (2,71.109 humains en 1960) s'élèvent à 2,7.1015 kcal/année. Or, on estime à 2,4.1015 kcal la quantité d'énergie qu'offre actuellement la biosphère (2). Cela signifie très clairement que cette énergie ne suffit pas, déjà depuis quelques années, à nourrir l'humanité. Si donc des hommes mangent à leur faim, c'est que d'autres ne peuvent le faire. Les évaluations sont les suivantes : la moitié des hommes disposent de 2 250 kcal, donc sont sous-alimentés ; un tiers des hommes disposent de 2250 à 2750 kcal et sont donc plus ou moins mal alimentés ; un sixième seulement disposent de plus de 2 750 kcal et sont donc bien alimentés.

Ce drame humain ne réside pas seulement dans la situation actuelle, mais plus encore dans les perspectives que les statistiques nous annoncent. L'accroissement de la population mondiale est de 0,6% par an, c'est-à-dire que chaque jour la biosphère doit nourrir 50 000 hommes supplémentaires. Et en l'an 2000, la population mondiale sera de 6 ou 8 milliards, selon que l'on prévoit l'avenir en rose ou en noir.

Le problème de donner de la nourriture à cette population gigantesque est du ressort de l'agronome, du physiologiste, du biochimiste, de l'écologiste » (3).

Remarquons que ces chiffres sont hypothétiques et basés sur la généralisation de données partielles. La mise au point et la généralisation de techniques nouvelles (cultures sur réservoirs d'eau ou aquiculture, « culture » du plateau continental le long des côtes), la sélection de céréales à haut rendement, la possibilité d'extraire des protéines comestibles du pétrole, ne manqueront pas de frapper les enfants qui peuvent en entendre parler à la radio ou à la télévision...

La déperdition d'énergie le long des chaînes alimentaires peut être représentée par d'autres schémas :

La déperdition d'énergie le long des chaînes alimentaires

La déperdition d'énergie le long des chaînes alimentaires

Mais l'illustration des relations alimentaires par des chaînes, des réseaux, voire des pyramides reste incomplète si l'on ne fait pas réfléchir nos élèves sur ce qui se passe dans le sous-sol. Que deviennent les cadavres des animaux, et toutes les plantes ou les fragments de plantes qui n'ont pas été consommés par les animaux ? Les enfants connaissent tous l'importance en volume de la litière de feuilles mortes qui recouvrent chaque automne le sol de nos forêts et qui disparaissent en grande partie au cours de l'année.

A partir de là, il est facile d'attirer leur attention sur le rôle des êtres vivants appelés décomposeurs qui dans le sol assurent la disparition des cadavres ou des déchets organiques : bactéries et champignons ; vers de terre, insectes mangeurs de feuilles mortes, etc. Toutes les substances organiques des cadavres sont transformées en substances minérales qui, dans le sol, redeviennent utilisables par des plantes chlorophylliennes.

Il y a donc un recyclage permanent dans la nature : les substances minérales du sol sont utilisées par les plantes vertes. Grâce à l'absorption du gaz carbonique de l'air et l'utilisation de l'énergie lumineuse, ces plantes vertes synthétisent des substances organiques ; glucides d'abord puis lipides et protéines. Elles servent ensuite de base aux différentes pyramides alimentaires. Et à leur tour, les animaux morts « redeviennent poussière »...

Le schéma symbolise le fonctionnement de ces cycles vitaux. 9

Au point de vue pédagogique l'analyse et l'illustration des relations alimentaires permet de faire exécuter aux enfants des exercices pour lesquels ils se passionnent.

1er exemple : Nombreuses sont les émissions de télévision montrant la vie des animaux dans leur milieu d'origine. Le dessin d'un réseau alimentaire ou d'une pyramide permettra de préciser ou de fixer les souvenirs.

A la fin de l'année, si les enfants ont ainsi représenté un grand nombre de pyramides se rapportant à des milieux différents, milieux polaires, africains, etc. on peut afficher leurs dessins sur une grande mappemonde reproduite en larges traits sur un mur du fond de la classe. Les enfants ont ainsi une vision d'ensemble des principaux milieux du globe et des relations alimentaires impératives qui en commandent l'équilibre.

L'apport de l'école parallèle peut ainsi être intégré au moment où les enfants l'ont reçu, et donner lieu à une synthèse en fin d'année.

2e exemple : Au cours d'une sortie, les enfants peuvent capturer de petits animaux dont ils découvriront, en classe, le régime alimentaire, comme cela a été fait au sujet des mantes religieuses dans une classe de la région de Dijon. Les enfants ont trouvé plusieurs mantes religieuses... Une première question a été formulée, que peuvent bien manger les mantes ?

En classe, les enfants placent dans le bocal de chaque mante de l'herbe, des fleurs, de la salade, des graines de tournesol, de l'eau, du sucre... tout cela sans succès jusqu'au jour où, faute de pouvoir percer un couvercle trop dur, un élève a mis deux mantes dans le même bocal. Le résultat a été immédiat : l'une des mantes était dévorée. Plus tard, les mantes ont eu droit à des offres variées : araignées, coccinelles, sauterelles... Les enfants ont fait un élevage de sauterelles, une réserve.

Une mante a été posée près du pot à miel dans la fourmilière, un soir à cinq heures. Le lendemain matin il ne restait plus que deux ailes vertes étalées. Pour représenter tout ceci, les enfants ont construit les chaînes suivantes.

chaînes alimentaires relatives aux mantes religieuses

Fig. 1 — A la suite d'un tâtonnement expérimental réalisé en classe, les enfants ont construit des chaînes alimentaires relatives aux mantes religieuses.

3e exemple : A l'ouverture de la chasse, sensibilisés par les plaintes paternelles et les articles de la presse locale relatifs à la disparition du lièvre, des enfants et leur maître construisent ce réseau simplifié.

Réseau alimentaire construit autour du lièvre

Fig. 2 — Réseau alimentaire construit autour du lièvre. Mais, si importantes et décisives que soient les relations alimentaires, elles ne représentent que l'un des aspects de l'interdépendance des êtres vivant dans un même milieu qui peuvent en fait agir les uns sur les autres selon des modalités très variées.

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(1) plancton: ensemble des êtres vivants, algues chlorophylliennes microscopiques, protozoaires, larves de crustacés, méduses, etc. qui flottent dans l'eau en se laissant entraîner passivement par les courants.
On pense souvent que le plancton est constitué d'êtres microscopiques, ce n'est pas toujours le cas. Certaines méduses peuvent être visibles à l'œil nu. Le terme de plancton s'oppose à celui de necton (ensemble des êtres qui nagent) ou au benthos : les organismes benthiques sont ceux qui vivent sur le fond.

(2) Biosphère : ensemble des êtres vivant à la surface du globe.

(3) D'après C. Sauvage, Initiation à l'écologie (Annales du Centre régional de Documentation Pédagogique de Montpellier, 1966).

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