L'écologie est la science des interactions entre les êtres vivants et leur milieu. Ce premier chapitre fixe le vocabulaire de base — écologie, population, biocénose, biotope, écosystème, biosphère — et les niveaux d'intégration du vivant. Ces définitions sont demandées presque systématiquement en première question des examens d'Écologie générale S3.
1. Définition et objet de l'écologie
Le mot écologie a été créé en 1866 par le biologiste allemand Ernst Haeckel, à partir du grec oikos (maison, habitat) et logos (discours, étude) : c'est littéralement la « science de l'habitat ». Haeckel la définissait comme la science globale des relations des organismes avec leur monde extérieur environnant. La définition moderne est plus resserrée : l'écologie est la science qui étudie les relations des êtres vivants entre eux et avec leur milieu, ainsi que les conséquences de ces interactions (distribution et abondance des organismes).
Pour Odum (1959), l'écologie est la science de l'équilibre naturel, de la structure et du fonctionnement de la nature. La structure recouvre la composition de la communauté vivante, la distribution spatio-temporelle des populations, la quantité et la répartition des éléments (N, P, K, H2O) et les conditions physiques de survie. Le fonctionnement recouvre le flux d'énergie (photosynthèse, respiration) et le flux de matière (cycles biogéochimiques). Le terme central de toute définition est interaction : influences réciproques entre organismes, et entre organismes et milieu.
Science qui étudie les interactions des êtres vivants entre eux et avec leur milieu, en conditions naturelles, ainsi que les conséquences de ces interactions sur la distribution et l'abondance des organismes.
2. Objectifs et subdivisions de l'écologie
L'écologie poursuit trois objectifs principaux : comprendre le fonctionnement des systèmes naturels, évaluer l'impact des activités humaines sur les écosystèmes, et fournir aux décideurs les bases de pratiques compatibles avec le développement durable. C'est une science pluridisciplinaire (ou métadiscipline) qui mobilise la botanique, la zoologie, la chimie, la géologie, la pédologie, la climatologie, les mathématiques, mais aussi l'économie et la sociologie.
On distingue classiquement trois approches selon l'échelle d'étude : l'autécologie étudie les relations d'une espèce (ou d'un individu) avec son milieu ; la démécologie (dynamique des populations) étudie la structure et l'évolution des populations ; la synécologie étudie les communautés et les écosystèmes dans leur ensemble. Le cours d'Écologie générale I du S3 privilégie l'autécologie et la synécologie ; la dynamique des populations est approfondie en Écologie générale II.
3. Les niveaux d'intégration en écologie
Les interactions peuvent être étudiées à différents niveaux d'organisation du vivant, emboîtés du plus simple au plus global. L'individu est l'unité de base. La population est un groupe d'individus de la même espèce vivant dans une aire donnée à un moment donné. La communauté (ou biocénose) est l'ensemble des populations animales, végétales et microbiennes qui vivent dans une aire donnée et interagissent. L'écosystème associe la biocénose et son milieu physico-chimique. Le biome regroupe les écosystèmes d'une grande zone climatique (toundra, désert, forêt tropicale…). La biosphère est l'ensemble des biomes de la planète.
Plus on monte dans cette pyramide, plus l'échelle est globale et plus la complexité et la stabilité du système augmentent. À chaque niveau correspondent des propriétés émergentes qui n'existent pas au niveau inférieur : la densité et la natalité n'ont de sens que pour une population, la diversité spécifique n'a de sens que pour une communauté.
| Niveau | Définition | Exemples de propriétés étudiées |
|---|---|---|
| Individu | Un organisme | Tolérance, physiologie, comportement |
| Population | Individus d'une même espèce, même lieu, même moment | Effectif, densité, natalité, mortalité |
| Biocénose | Ensemble des populations en interaction | Richesse, diversité, réseaux trophiques |
| Écosystème | Biocénose + biotope | Flux d'énergie, cycles de la matière |
| Biosphère | Ensemble des écosystèmes terrestres | Grands cycles, climat global |
Les niveaux d'intégration et les questions qu'ils posent
4. L'écosystème : biotope et biocénose
Le terme écosystème a été proposé par le botaniste anglais Tansley en 1935. Un écosystème est un système écologique comprenant l'ensemble des organismes vivants et l'ensemble des facteurs physiques du milieu. Il se décompose en deux composantes indissociables : le biotope (ou écotope), milieu abiotique défini par ses caractéristiques physico-chimiques (température, eau, lumière, vent, sol), et la biocénose, communauté vivante définie par les relations entre individus de la même espèce et d'espèces différentes. L'écosystème est l'unité fonctionnelle de l'écologie : c'est à cette échelle que s'analysent les flux d'énergie et de matière.
Unité fonctionnelle formée par un biotope (milieu physico-chimique) et la biocénose (communauté d'êtres vivants) qui l'occupe, reliés par des flux d'énergie et de matière.
Quatre propriétés caractérisent tout écosystème : un réseau d'interactions entre ses composantes, une intégration fonctionnelle (producteurs, consommateurs et décomposeurs se relaient), des actions en retour (rétroactions qui régulent les effectifs) et une organisation hiérarchique (un écosystème englobe des sous-écosystèmes et s'intègre à un ensemble plus vaste, jusqu'à la Terre, écosystème global).
5. Organisation générale de la biosphère
La biosphère est la mince pellicule de la planète où la vie est possible : elle s'étend sur la partie superficielle de la lithosphère (sols et roches de surface), l'ensemble de l'hydrosphère (océans, lacs, rivières) et les basses couches de l'atmosphère (troposphère). Son épaisseur est de quelques kilomètres seulement, et la majorité de la biomasse se concentre dans une tranche encore plus étroite, autour de l'interface sol-air et dans la zone éclairée des océans.
La vie est apparue dans les océans il y a plus de 3,5 milliards d'années. L'invention de la photosynthèse par les cyanobactéries a progressivement enrichi l'atmosphère en dioxygène, permis la formation de la couche d'ozone qui filtre les ultraviolets, et rendu possible la colonisation des continents. La biosphère fonctionne comme un système ouvert pour l'énergie (elle reçoit en permanence l'énergie solaire et la dissipe en chaleur) mais fermé pour la matière (les éléments chimiques circulent en cycles entre le sol, l'air, l'eau et les êtres vivants). Ces deux idées — flux d'énergie et cycle de la matière — structurent tout le reste du cours.
- Écologie (Haeckel, 1866) : science des interactions des êtres vivants entre eux et avec leur milieu.
- Niveaux d'intégration : individu → population → biocénose → écosystème → biome → biosphère.
- Écosystème (Tansley, 1935) = biotope (milieu abiotique) + biocénose (communauté vivante).
- Autécologie (espèce/milieu), démécologie (populations), synécologie (communautés et écosystèmes).
- La biosphère est ouverte pour l'énergie (flux solaire) et fermée pour la matière (cycles).
Les examens de S3 commencent très souvent par « Définissez l'écologie, la biocénose, le biotope et l'écosystème » ou par un schéma des niveaux d'intégration à compléter. Le piège classique : confondre communauté (ensemble de populations de plusieurs espèces) et population (une seule espèce). Cite Haeckel (1866) et Tansley (1935) pour marquer des points faciles.