Biodiversité, Écosystèmes et Pollutions : Guide Écologique

Facteurs influençant la biodiversité

Répartition géographique

Parmi les facteurs qui influent sur cette distribution figurent :

• Latitude : La richesse des espèces augmente généralement des pôles vers l'Équateur. La latitude détermine des éléments essentiels des conditions climatiques pour les organismes vivants, tels que la température, les précipitations, l'ensoleillement, etc.
• Altitude : La biodiversité tend à diminuer avec l'altitude.
• Disponibilité de l'eau : La biodiversité augmente en passant des zones arides aux zones où l'humidité est abondante et uniformément répartie tout au long de l'année.
• Hétérogénéité des habitats : Les lieux présentant une plus grande variété en termes de lithologie, de types de sols, de microclimats, etc., ont une plus grande biodiversité.
• Îles : La richesse en espèces sur les îles est souvent plus faible que sur le continent, notamment en raison de la présence d'espèces endémiques (terme biologique indiquant qu'un taxon est limité à une zone géographique restreinte et ne se trouve naturellement nulle part ailleurs).
• Taille de la zone : En général, plus une région est grande, plus elle abrite d'espèces.

Stabilité de l'environnement

Les environnements extrêmes ou très instables limitent la diversité des organismes. Dans les tropiques, par exemple, la température moyenne annuelle varie peu, ce qui pourrait expliquer en partie la grande diversité des forêts équatoriales humides.

Concepts clés en écologie

Écosystème, Biotope et Biocénose

Un écosystème est défini comme l'ensemble des êtres vivants (biocénose) qui peuplent un environnement particulier (biotope), ainsi que les facteurs physiques et chimiques de cet environnement et les nombreuses relations établies entre eux.

• Biotope : Il inclut tous les facteurs abiotiques (non vivants) qui composent l'écosystème, c'est-à-dire tous les composants chimiques (eau, salinité, pH, nutriments, types de roches...) et physiques (température, lumière, altitude, vents...) qui caractérisent l'écosystème.
• Biocénose : Elle se compose des éléments biotiques (vivants) de l'écosystème, c'est-à-dire tous les êtres vivants présents et les relations établies entre eux. La biocénose est aussi appelée communauté.

Biome

Un biome est une vaste région de la planète partageant un climat, une végétation et une faune similaires. C'est un ensemble d'écosystèmes caractéristiques d'une zone biogéographique, définie par les espèces végétales et animales qui y prédominent.

Écosphère

L'écosphère représente l'écosystème global de la planète Terre. Elle est formée par l'ensemble des organismes (la biosphère) et les relations établies entre eux et avec leur environnement (lithosphère, hydrosphère, atmosphère).

Niveaux et réseau trophiques

En tenant compte des relations alimentaires (trophiques), nous pouvons regrouper les êtres vivants d'un écosystème en niveaux trophiques. Ces niveaux représentent la position d'un organisme dans une chaîne ou un réseau alimentaire, en fonction de son mode d'obtention de la matière organique.

• Producteurs : Ce sont les organismes autotrophes, généralement photosynthétiques (plantes, algues, certaines bactéries), qui produisent leur propre matière organique et constituent la base des flux de matière et d'énergie dans les écosystèmes.
• Consommateurs : Ce sont les organismes hétérotrophes qui se nourrissent d'autres êtres vivants. On distingue :
  • Les consommateurs primaires (herbivores) : se nourrissent des producteurs.
  • Les consommateurs secondaires (carnivores ou omnivores) : se nourrissent des consommateurs primaires.
  • Les consommateurs tertiaires (carnivores ou omnivores) : se nourrissent des consommateurs secondaires.
  • Les détritivores : consommateurs spécifiques qui se nourrissent de matière organique morte (cadavres, excréments).
• Au sommet de la chaîne alimentaire se trouve souvent le super-prédateur (ou consommateur quaternaire/tertiaire selon la chaîne), qui n'est que rarement la proie d'un autre animal.
• Décomposeurs : Bien que souvent non représentés explicitement dans les schémas de chaînes alimentaires, ils sont essentiels dans tous les écosystèmes. Ces organismes (principalement bactéries et champignons) se nourrissent de matière organique morte (déchets, cadavres) et la transforment en matière minérale (inorganique), la rendant à nouveau disponible pour les producteurs et complétant ainsi le cycle de la matière.

La représentation interconnectée de ces relations alimentaires est appelée réseau trophique.

Les pluies acides : formation et impacts

Formation des pluies acides

Le phénomène des pluies acides commence lorsque le soufre (S) et l'azote (N), présents notamment dans les combustibles fossiles, sont libérés dans l'atmosphère lors de processus de combustion (centrales thermiques, industries, véhicules...). Le soufre et l'azote sont émis principalement sous forme de dioxyde de soufre (SO₂) et d'oxydes d'azote (NO_x).

Dans l'atmosphère, ces oxydes de soufre et d'azote réagissent avec l'humidité (vapeur d'eau), l'oxygène et la lumière du soleil. Ils s'oxydent et se transforment en acides forts : acide sulfurique (H₂SO₄) et acide nitrique (HNO₃). Ces acides peuvent être transportés sur de longues distances par les masses d'air (phénomène de pollution transfrontalière) avant de retomber sur la surface terrestre sous forme de dépôts.

Types de dépôts

• Dépôts secs : Les polluants (SO₂, NO_x) ou les particules acides se déposent directement sur les surfaces, sous forme de gaz ou d'aérosols, souvent à proximité des sources d'émission.
• Dépôts humides : Les polluants primaires (SO₂, NO_x) se transforment en polluants secondaires (acide sulfurique, acide nitrique). Ces acides se dissolvent dans les gouttelettes d'eau des nuages. Transportés par le vent, ils retournent au sol via les précipitations (pluie, neige, brouillard), formant ainsi les pluies acides.

Impacts des pluies acides

Les effets des pluies acides se manifestent sur :

• Les écosystèmes aquatiques (lacs, rivières) : L'acidification de l'eau entraîne une diminution du pH, provoquant la régression ou la disparition des espèces sensibles (poissons, amphibiens, invertébrés).
• Le sol : L'acidification modifie la composition chimique du sol, le rendant moins fertile. Elle facilite la dissolution et le lessivage (entraînement vers les profondeurs par l'eau) des nutriments essentiels aux plantes (calcium, magnésium, potassium) et peut libérer des éléments toxiques comme l'aluminium, nuisant à la croissance végétale.
• La végétation (en particulier les forêts) : Les pluies acides peuvent endommager directement les feuilles (nécroses, décoloration), détériorer la cuticule protectrice, réduire la photosynthèse, affaiblir les arbres et les rendre plus vulnérables aux maladies, aux insectes et au froid.

Pollution de l'eau : types et sources

Contaminants physiques (ou énergétiques)

Ce type de pollution concerne principalement l'énergie thermique et radioactive.

Pollution thermique

Elle provient majoritairement des rejets d'eau chaude utilisée pour le refroidissement dans les centrales électriques (thermiques ou nucléaires) et certaines industries. L'augmentation de la température de l'eau provoque :

• Une diminution de la concentration d'oxygène dissous, essentiel à la vie aquatique.
• Des perturbations des cycles biologiques (croissance, reproduction) des organismes, pouvant entraîner la disparition d'espèces sensibles au profit d'autres plus tolérantes.
• Une accélération des processus métaboliques, pouvant favoriser l'eutrophisation.

Pollution radioactive

Les rejets d'effluents radioactifs peuvent causer de graves problèmes sanitaires (brûlures, cancers, mutations génétiques). Les sources peuvent être des fuites dans les circuits de refroidissement des centrales nucléaires, des rejets d'hôpitaux (médecine nucléaire), de laboratoires de recherche ou de certaines industries utilisant des radioéléments.

Contaminants biologiques

Il s'agit de la présence d'organismes pathogènes (bactéries, virus), de parasites (protozoaires, vers) ou de micro-organismes (certaines algues produisant des toxines) dans l'eau.

• Ils peuvent causer directement des maladies (choléra, typhoïde, hépatite, gastro-entérite...). De nombreuses épidémies sont liées à la contamination de l'eau.
• Ils réduisent la qualité de l'eau pour la consommation et les loisirs.
• Les sources principales sont les rejets d'eaux usées domestiques non traitées, les effluents d'élevage et le ruissellement agricole.

Contaminants chimiques

Ce sont des substances chimiques sous forme solide, liquide ou gazeuse, provenant principalement des activités industrielles, agricoles et urbaines.

• Acides et bases forts : Ils provoquent des variations brutales de pH, nuisibles à la vie aquatique. Origines : rejets industriels, pluies acides...
• Gaz dissous : Certains gaz comme le méthane (CH₄) ou le sulfure d'hydrogène (H₂S), souvent issus de la fermentation anaérobie de matière organique, peuvent être dissous dans l'eau avant de se diffuser dans l'atmosphère.
• Métaux lourds (Plomb - Pb, Zinc - Zn, Mercure - Hg, Cadmium - Cd...) : Ce sont des éléments très toxiques, même à faible concentration. Ils ne sont pas dégradables et s'accumulent dans les organismes vivants et le long des chaînes alimentaires (bioaccumulation et bioamplification). Origines : industries (métallurgie, chimie...), activités minières, combustion de combustibles fossiles, certains pesticides...
• Matière organique : Glucides, protéines, lipides... provenant de déchets végétaux, animaux, agroalimentaires ou d'eaux usées. Sa décomposition par les micro-organismes consomme l'oxygène dissous (asphyxie du milieu) et peut conduire à l'eutrophisation.
• Nutriments (Nitrates, Nitrites, Phosphates) : Proviennent principalement des engrais agricoles, des effluents d'élevage, des eaux usées domestiques (détergents phosphatés) et industrielles. En excès, ils provoquent l'eutrophisation des milieux aquatiques (prolifération d'algues). Des concentrations élevées de nitrates dans l'eau potable sont également toxiques pour l'homme (méthémoglobinémie chez le nourrisson).