Écologie / Écologue

L'écologie, du grec οίκος : "oikos" (maison)  ; et λόγος : "logos" (discours, sciences, connaissance), est l'étude scientifique des interactions qui déterminent la distribution et l'abondance des organismes vivants. Ainsi, l'écologie est une science biologique qui étudie deux grands ensembles : celui des êtres vivants (biocénose) et le milieu physique (biotope), le tout formant l'écosystème (mot inventé par Tansley). L'écologie étudie les flux d'énergie et de matières (réseaux trophiques) circulant dans un écosystème. L'écosystème désigne une communauté biotique et son environnement abiotique^[1].

Le terme «écologie» fut inventé en 1866 par le biologiste allemand Ernst Hæckel, bien que Henry David Thoreau l'ait peut-être inventé dès 1852^[2]. Il semble avoir été utilisé pour la première fois en français vers 1874^[2]. Dans son ouvrage Morphologie générale des organismes, Hæckel désignait en ces termes :

«(... ) la science des relations des organismes avec le monde environnant, c'est-à-dire, dans un sens large, la science des conditions d'existence.»

En tant que science biologique, l'écologie est fortement liée à d'autres branches de la biologie, essentiellement, la génétique, la physiologie, l'éthologie et l'évolution^[3]. Le terme «écologie» est fréquemment utilisé de manière erronée pour désigner les sciences de l'environnement, l'écologie politique, l'environnementalisme (ou l'écologisme) et l'écologie sociale.

Histoire

En 1866, le biologiste allemand Ernst Hæckel a forgé le terme écologie. Le concept d'écologie a été introduit en France par les géographes de l'école des Annales de Géographie, surtout Paul Vidal de la Blache, qui suivait de près - en particulier après 1871 - les travaux allemands, surtout ceux de Friedrich Ratzel. Les Annales furent le siège d'une collaboration entre des géographes et des botanistes comme Gaston Bonnier. Toutefois, l'orientation néolamarckienne prise en France à cette époque fit que le concept se développa bien plus chez les anglo-saxons.

Principes fondamentaux

Différentes disciplines d'écologie

Pour beaucoup, l'écologie fait partie des sciences biologiques de base qui concernent la totalité des êtres vivants. Il existe en biologie divers niveaux d'organisation, celui de la biologie moléculaire, de la biologie cellulaire, la biologie des organismes (au niveau individu et organisme), l'étude des populations, l'étude des communautés, les écosystèmes et la biosphère.

Le domaine de l'écologie regrouperait les dernières catégories. En effet, elle est une science holistique qui étudie non seulement chaque élément dans ses rapports avec les autres éléments, mais également l'évolution de ces rapports selon les modifications que subissent le milieu, les populations animales et végétales. Ces rapports sont décrits du plus petit niveau jusqu'au niveau le plus global. Certaines de ces sous-disciplines sont :

• l'écophysiologie, qui étudie les relations entre un processus physiologique et les facteurs environnementaux ;
• l'auto-écologie (ou autécologie), qui étudie les relations entre un type d'organisme et les facteurs de son environnement ;
• l'écologie des populations (ou démo-écologie), qui étudie les relations entre une population d'individus d'une même espèce et son environnement ;
• la synécologie, qui étudie les relations entre une communauté d'individus d'espèces différentes et son environnement ;
• l'étude des écosystèmes ;
• l'écologie globale, qui étudie l'écologie à l'échelle de l'écosphère ou biosphère (totalité des milieux occupés par des êtres vivants)  ;

Ce qui est appelé écologie est par conséquent en réalité un ensemble, les sciences écologiques. Elles rassemblent un assez grand nombre de disciplines, plus ou moins indépendantes, telles que la géologie, la biochimie, la géographie, la pédologie, la physique, etc.

Sous-disciplines

L'écologie inclut de nombreuses sous-disciplines :

Agroécologie - biogéographie - Écologie appliquée - Écologie animale - Écologie aquatique - Écologie comportementale - Écologie chimique - Écologie communautaire - Écologie de la conservation - Écologie évolutive ou Ecoévolution - Écologie de l'anthropologie - Écologie des écosystèmes - Éco-épidémiologie -Écotoxicologie - Écologie globale - Écologie humaine - Écologie de terrain - Macroécologie - Écologie microbienne - Écologie moléculaire - Paléoécologie - Écologie des populations - Écologie de restauration - Écologie sociale - Écologie des sols - Écologie des systèmes - Écologie théorique - Écologie tropicale - Écologie urbaine - Écologie végétale - Écologie virale - Écologie du paysage

L'écologie joue aussi un rôle important dans des domaines interdisciplinaires tels que l'économie, la géonomie, l'urbanisme, l'architecture, la santé, le design et l'industrie.

Biosphère et Biodiversité

Pour les écologues modernes, l'écologie peut s'étudier à plusieurs niveaux : la population (individus de la même espèce), la biocénose (ou communauté d'espèces), l'écosystème et la biosphère. Considérons le niveau biosphérique tout d'abord.

La Terre, vue d'un point de vue écologique, comprend plusieurs compartiments, l'hydrosphère (ou sphère de l'eau), la lithosphère (ou sphère du sol) et l'atmosphère (ou sphère de l'air).
La biosphère, quelquefois qualifiée de quatrième enveloppe, est la partie de la planète sur laquelle la vie s'est développée. Il s'agit d'une couche superficielle très mince, qui descend jusqu'à 11 000 mètres de profondeur et s'élève jusqu'à 15 000 mètres d'altitude, bien que la majorité des espèces vivantes vivent dans la zone située de -100 mètres à +100 mètres.

La vie s'est dans un premier temps développée dans l'hydrosphère, à faible profondeur, dans la zone photique. Des êtres pluricellulaires sont ensuite apparus et ont pu coloniser aussi les zones benthiques. La vie terrestre s'est développée plus tardivement, après que se soit formée la couche d'ozone protégeant les êtres vivants des rayons Ultraviolet. Les espèces terrestres vont d'autant plus se diversifier que les continents vont se fragmenter, ou au contraire se réunir.
Biosphère et biodiversité sont indissociables, caractéristiques de la planète Terre. On définit la biosphère comme étant la sphère du vivant, alors que la biodiversité en est la diversité. La sphère est le contenant, alors que la diversité en est le contenu. Cette diversité s'exprime à la fois au niveau écologique (écosystème), population (diversité intraspécifique) et espèce (diversité spécifique).

La biosphère contient de grandes quantités d'éléments tels que le carbone, l'azote et l'oxygène. D'autres éléments, tels que le phosphore, le calcium, le potassium sont aussi indispensables à la vie. Au niveau des écosystèmes et de la biosphère, il existe un recyclage permanent de tous ces éléments, qui alternent l'état minéral et l'état organique (cycles biogéochimiques).
En effet, le fonctionnement des écosystèmes est principalement basé sur la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique par les organismes autotrophes, grâce à la photosynthèse (il existe aussi une chimiosynthèse sans utilisation de l'énergie solaire). Cette dernière aboutit à la production de sucres ainsi qu'à la libération d'oxygène. Ce dernier est utilisé par tous les organismes - autotrophes comme hétérotrophes - pour dégrader les sucres par la respiration cellulaire, libérant ainsi de l'eau, du gaz carbonique et l'énergie nécessaire à leur fonctionnement. Ainsi, l'activité des êtres vivants est à l'origine de la composition spécifique de l'atmosphère terrestre, la circulation des gaz étant assurée par de grands courants aériens.

L'eau s'échange aussi entre les compartiments. Les océans sont de grands réservoirs, qui stockent l'eau, assurent une stabilité thermique et climatique, mais aussi le transport des éléments chimiques grâce aux grands courants océaniques.

De même, la composition des sols est la résultante de la composition de la roche mère et de l'action des êtres vivants.

Pour mieux comprendre le fonctionnement de la biosphère, et les dysfonctionnements liés à l'activité humaine, des scientifiques américains ont réalisé, sous serre, un modèle réduit de la biosphère, appelée Biosphère II.

Écosystème

Le premier principe de l'écologie est que chaque être vivant est en relation continuelle avec tout ce qui forme son environnement. On dit qu'il y a un écosystème dès qu'il y a interaction durable entre des organismes et un milieu.

L'écosystème est analytiquement différencié en deux ensembles qui interagissent :

• la biocénose, composée de la totalité des êtres vivants
• le milieu (dit biotope). Au sein de l'écosystème, les espèces ont entre elles des liens de dépendance, dont alimentaire. Elles échangent entre elles et avec le milieu qu'elles modifient, de l'énergie et de la matière. La nécromasse en est un des éléments.

La notion d'écosystème est théorique : elle est multiscalaire (multi-échelle), c'est-à-dire qu'elle peut s'appliquer à des portions de dimensions variables de la biosphère ; un étang, une prairie, ou un arbre mort. Une unité de taille inférieure est appelée un microécosystème. Il peut, par exemple, s'agir des espèces qui ont colonisé une pierre immergée. Un mésoécosystème pourrait être une forêt, et un macro-écosystème une région et son bassin versant.

Les principales questions se posant à un écologue lors de l'étude des écosystèmes sont :

• comment a pu se réaliser la colonisation d'une terre aride ?
• comment s'est poursuivie cette évolution ?
• l'état actuel est-il stable ?
• quelles sont les relations existant entre les différents éléments du système ?

Les écosystèmes sont fréquemment classés par référence aux biotopes concernés. On parlera

• d'écosystèmes continentaux (ou terrestres), tels que les écosystèmes forestiers (forêts), les écosystèmes prairiaux (prairies, steppes, savanes), les agro-écosystèmes (systèmes agricoles)  ;
• d'écosystèmes des eaux continentales, pour les écosystèmes lenthiques (lacs, étangs) ou écosystèmes lotiques (rivières, fleuves)  ;
• d'écosystèmes océaniques (les mers, les océans).

Une autre classification pourra se faire par référence à la biocénose (par exemple, on parlera d'écosystème forestier, ou d'écosystème humain).

Homéostasie

Le biotope, ou milieu de vie, est classiquement caractérisé par un ensemble de paramètres géologiques, géographiques et climatologiques, dits facteurs écologiques abiotiques. En réalité le sol est vivant, et le climat et divers paramètres géographiques écopaysagers sont en permanence rétrocontrolés par le Vivant. Ce ne sont par conséquent pas des compartiments stables ni indépendant des écosystèmes. Cette manière de présenter le biotope est par conséquent simplificatrice et purement théorique, mais elle est acceptée par la Science réductionniste. Les tenants d'une approche plus holistique des écosystèmes considèrent plutôt l'écosystème et le biotope comme un élément de la biosphère, comme un organe est un élément d'un organisme)  :

Dans l'approche classique, les éléments dits abiotiques sont :

• l'eau, à la fois élément indispensable à la vie, et quelquefois milieu de vie ;
• l'air, qui apporte l'oxygène et le gaz carbonique aux espèces vivantes, et qui permet la dissémination du pollen et des spores ;
• le sol, à la fois source de nutriment et support de développement ;
• la température, qui ne doit pas dépasser certains extrêmes, même si les marges de tolérance sont importantes chez certaines espèces ;
• la lumière, autorisant la photosynthèse.

La biocénose est un ensemble de populations d'êtres vivants, plantes, animaux, microorganismes. Chaque population est le résultat des procréations entre individus d'une même espèce et cohabitant en un lieu et en un temps donné. Lorsqu'une population présente un nombre insuffisant d'individus, l'espèce risque de disparaître, soit par sous-population, soit par consanguinité. Une population peut se diminuer pour plusieurs raisons, par exemple, disparition de son habitat (destruction d'une forêt) ou par prédation excessive (telle que la chasse d'une espèce donnée).

La biocénose se définit par des facteurs écologiques biotiques, de deux types : les relations intraspécifiques et interspécifiques.

Les relations intraspécifiques sont celles qui s'établissent entre individus de la même espèce, formant une population. Il s'agit de phénomènes de coopération ou de compétition, avec partage du territoire, et quelquefois organisation en société hiérarchisée.

Les relations interspécifiques, c'est-à-dire celles entre espèces différentes, sont nombreuses et décrites en fonction de leur effet bénéfique, maléfique ou neutre (par exemple, la symbiose (relation ++) ou la compétition (relation --) ). La relation principale est la relation de prédation (manger ou être mangé), laquelle conduit aux notions essentielles en écologie de chaîne alimentaire (par exemple, l'herbe consommée par l'herbivore, lui-même consommé par un carnivore, lui-même consommé par un carnivore de plus grosse taille). La niche écologique est ce que partagent deux espèces lorsque elles habitent le même milieu et qu'elles ont le même régime alimentaire.

Les interactions existantes entre les différents êtres vivants s'accompagnent d'un brassage permanent de substances minérales et organiques, absorbées par les êtres vivants pour leur croissance, leur entretien et leur reproduction, et rejetées comme déchets. Ces recyclages permanents des éléments (en particulier le carbone, l'oxygène et l'azote) mais aussi l'eau sont appelés cycles biogéochimiques. Ils confèrent à la biosphère une stabilité durable (tout du moins en dehors des interventions humaines et des phénomènes géoclimatiques exceptionnels). Cette autorégulation, surtout due à des phénomènes de feedback négatif, assure la pérennité des écosystèmes et se manifeste par une très grande constance du taux des divers éléments présents dans chaque milieu. On parle d'homéostasie. L'écosystème tend aussi à évoluer vers un état théorique d'équilibre parfait, contredit par les aléas externes ou internes, le climax (par exemple un étang peut devenir une tourbière).

Biomes

Les biomes sont des regroupements biogéographique d'écosystèmes par régions climatiques. Le biome forme une formation biogéographique d'aspect homogène sur une vaste surface (par exemple, la toundra ou la steppe).
L'ensemble des biomes, ou ensemble des lieux où la vie est possible (depuis les plus hautes montagnes jusqu'aux abysses) forme la biosphère.

Les écosystèmes ne sont pas isolés les uns des autres, mais interdépendants. Par exemple, l'eau circule de l'un à l'autre par le biais de la rivière ou du fleuve.
Le milieu liquide lui-même définit des écosystèmes. Certaines espèces, telles les saumons ou les anguilles d'eau douce passent d'un système marin à un système d'eau douce et vice-versa. Ces relations entre les écosystèmes ont amené à proposer la notion de biome.

Les biomes correspondent assez bien à des subdivisions réparties latitudinalement, de l'équateur vers les pôles, selon le milieu (aquatique, terrestre, montagnard) et du climat (la répartition est le plus souvent fondue sur les adaptations des espèces au froid et/ou à la sécheresse). Par exemple, on trouve en mer des plantes aquatiques uniquement dans la partie photique (où la lumière pénètre), tandis qu'on trouve essentiellement des conifères en milieu montagnard.

Ces divisions sont assez schématiques mais, globalement, latitude et altitude permettent une bonne représentation de la répartition de la biodiversité au sein de la biosphère. Très le plus souvent, la richesse en biodiversité, tant animale que végétale, est décroissante depuis l'équateur (comme au Brésil) jusqu'aux pôles.

Un autre mode de représentation est la division en écozone, laquelle est actuellement très bien définie et suit principalement les bordures continentales. Les écozones sont elles-mêmes divisées en écorégions, quoique la définition de leurs contours soit plus controversée.

Productivité des écosystèmes

Dans un écosystème, les liens qui unissent les espèces sont le plus fréquemment d'ordre alimentaire. On distingue trois catégories d'organismes :

• les producteurs (les végétaux chlorophylliens), qui consomment de la matière minérale et produisent de la matière organique : ce sont des autotrophes ;
• les consommateurs (les animaux), qui peuvent être de premier ordre (phytophage), de deuxième ordre ou plus (les carnivores) et qui sont des hétérotrophes ;
• les décomposeurs (les bactéries, champignons) qui dégradent les matières organiques de toutes les catégories, et restituent au milieu les éléments minéraux.

Ces relations forment des séquences, où chaque individu mange le précédent et est mangé par celui qui le suit, on parle de chaîne alimentaire (en théorie) ou de réseau alimentaire. Dans un réseau alimentaire, on observe que quand on passe d'une chaîne trophique à l'autre (maillon du réseau), le nombre d'êtres vivants diminue.

Ces notions ont aussi donné naissance au terme de biomasse (masse totale de matière vivante en un lieu donné), de productivité primaire (accroissement de la masse des végétaux pendant un temps donné) et de productivité secondaire (masse de matière vivante produite par les consommateurs et les décomposeurs en un temps donné).

Ces deux dernières informations sont essentielles, puisqu'elles permettent d'évaluer le nombre d'êtres vivants pouvant être supportés (en) Carrying capacity par un écosystème donné. En effet, l'observation d'un réseau alimentaire montre que toute l'énergie contenue au niveau des producteurs n'est pas complètement transférée au niveau des consommateurs. Ainsi, d'un point de vue énergétique, est-il plus intéressant pour l'homme de se comporter en consommateur primaire (de se nourrir de grains et de légumes) qu'en consommateur secondaire (de se nourrir de viande bovine), et plus encore qu'en consommateur tertiaire (en se nourrissant de carnivores).

La productivité des écosystèmes est quelquefois estimée en comparant trois ensembles terrestres et un ensemble continental :

• la totalité forêt (1/3 de la surface émergée) représente une forte biomasse et une forte productivité. La production totale des forêts correspond à la moitié de la production primaire.
• les savanes, prairies et marais (1/3 de la surface émergée) représentent une faible biomasse, mais une bonne productivité. Ces écosystèmes représentent la majeure partie de ce qui «nourrit» l'espèce humaine.
• les écosystèmes terrestres extrêmes (déserts, toundra, prairies alpines, steppes) (1/3 de la surface émergée) ont une biomasse et une productivité très faibles.
• enfin, les écosystèmes marins et d'eau douce (3/4 de la surface totale) représentent une très faible biomasse (en dehors des zones côtières).

Les actions humaines des derniers siècles ont porté à diminuer notablement la surface forestière (déforestation) ainsi qu'à augmenter les agroécosystèmes (pratique de l'agriculture). Ces dernières décennies, une augmentation de la surface occupée par des écosystèmes extrêmes est observée (désertification).

Crises écologiques

D'une façon générale, une crise écologique est ce qui se produit quand l'environnement de vie d'une espèce ou d'une population évolue de façon défavorable à sa survie.

Il peut s'agir d'un environnement dont la qualité se dégrade comparé aux besoins de l'espèce, suite à une évolution des facteurs écologiques abiotiques (par exemple, lors d'une augmentation de la température, de pluies moins importantes).
Il peut aussi s'agir d'un environnement qui devient défavorable à la survie de l'espèce (ou d'une population) suite à une augmentation du nombre de ses prédateurs (par exemple, lors de pêche intensive).
Enfin, il peut aussi s'agir d'une situation qui devient défavorable à la qualité de vie de l'espèce (ou de la population) suite à une trop forte augmentation du nombre d'individus (surpopulation).

On utilise aussi le concept de crises biologiques.

Notes et références

Voir aussi

Environnement et écologie

• Environnement et les articles de la catégorie environnement
• Développement durable
• Décroissance durable
• Empreinte écologique
• Consommation en eau

Écologie, philosophie et droit

• Philosophie de la nature,
• John Locke (auteur de Law of nature)  ;
• Samuel von Pufendorf ; droits naturels ;
• Hans Jonas ; le Principe responsabilité ; Principe de précaution
• Création
• Éthique de l'environnement
• Droit de l'environnement

Personnalités :

Philibert Guinier August Friedrich Thienemann René Dubos

Hans Jonas James Lovelock voir aussi la catégorie écologues

Informatique

• Il existe un langage Ecological Metadata Language, utilisé à l'Agence de protection de l'environnement des États-Unis (voir aussi registre de métadonnées#États-Unis)

Bibliographie

• Roger Dajoz (2000) Précis d'écologie. Dunod, (Paris) 615 p.
• Paul Duvigneaud La synthèse écologique : populations, communautés, écosystèmes, biosphère, noosphère Doin éditeurs 1984 ISBN 2704003513
• Patrick Matagne Comprendre l'écologie et son histoire. La bibliothèque du naturaliste. Les origines, les fondateurs et l'évolution d'une science... , Delachaux et Niestlé, 2002 ISBN 2-603-01268-1)

• Bernard Fischesser et Marie-France Dupuis Tate Le Guide illustré de l'écologie. Ed. La Martinière (Paris - 2006) (ISBN 2-7324-2246-0)

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