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ACTIVITE 1

L'ESSENTIEL

LES ECOSYSTEMES : DES INTERACTIONS DYNAMIQUES DES ETRES VIVANTS, ENTRE EUX ET AVEC LEUR MILIEU

ACTIVITE 2

ACTIVITE 4

ACTIVITE 3

Bonjour,

Bienvenue dans l'écosystème de la forêt !

Cliquer sur les activités dans l'ordre et je vous donnerai les consignes à suivre...

1

La forêt tempérée, dans la réserve de Fontainebleau

2

Paramètres physico-chimiques dans la forêt de Fontainebleau

Relevé biologique dans la la forêt de Fontainebleau

3

Un arbre mort en forêt tempérée

4

La répartition des espèces dans un écosystème

Activité 1

QUIZZ

I) La structure d’un écosystème

A. La répartition des êtres vivants au sein de l’écosystème

compétence : communiquer dans un langage scientifique approprié

Les écosystèmes sont constitués par des communautés d'êtres vivants, appelée la biocénose, interagissant au sein de leur milieu de vie, le biotope.

Les écosystèmes sont composés de communautés d’organismes évoluant dans un environnement caractérisé par des conditions environnementales précises (Température, humidité…).

On cherche à comprendre ici comment est déterminée la répartition des différents être vivants dans un écosystème, et d’identifier les facteurs à l’origine de cette répartition.

1) A l’aide des ressources, rédigez un texte d’une vingtaine de lignes qui démontre que la répartition des espèces (animales et végétales) dans un écosystème forestier est déterminé par des facteurs biotiques d’une part et abiotiques d’autre part.

Vous travaillerez à partir de l’exemple de la forêt tempérée de Fontainebleau.

NB : votre texte :

• comportera une introduction
• mentionnera des exemples concerts permettant d’argumenter vos propos
• définira ce que sont des facteurs biotiques et abiotiques en donnant quelques exemples
• précisera les sources utilisées dans lesquelles vous avez extraits des information (numéro de documents par exemple)
• mentionnera les facteurs expliquant la répartition des êtres vivants dans un écosystème

2) Après vérification par l’enseignant, réaliser le quizz proposé.

QUIZZ

compétences : réaliser un tableau, réaliser un schéma fonctionnel.

PADLET

I) La structure d’un écosystème

A. La répartition des êtres vivants au sein de l’écosystème

I) La structure d’un écosystème

Qu'est ce qu'un écosystème?

ACTIVITE 2

A. La répartition des êtres vivants au sein de l’écosystème

BILAN 1 : Biotope et biocénose : deux entités de l'écosystème en interaction.

I) La structure d’un écosystème

Qu'est ce qu'un écosystème?

ACTIVITE 2

A. La répartition des êtres vivants au sein de l’écosystème

BILAN 1 : Biotope et biocénose : deux entités de l'écosystème en interaction.

1

Ecogramme du chêne

2

Caractéristiques du chêne et du hêtre

Modèle de forêt avec Edumodèle

3

Fiche technique Edumodèle : utiliser le modèle et rajouter des régles

4

Activité 2 : Les interactions interspécifique au sein d'un écosystème

Partie 1: Étude de la relation entre deux espèces végétales : Les hêtres et les chênes

Partie 2

I) La structure d’un écosystème

B. Les relations interspécifiques au sein de l’écosystème

Fiche technique : utiliser le modèle de bases et rajouter des règles

MODÈLE FORET MIXTE

Dans le modèle de base, quatre règles sont déjà implantées ( ne pas les modifier)

• 2 règles de croissance :
  • Au bout de 100 tours jeune chêne devient chêne
  • et au bout de 100 tours, jeune hêtre devient hêtre
• 2 règles de germination :
  • 25% de chance qu’une graine tombe et germe en donnant un arbrisseau (chêne)
  • Idem (hêtre)

MODÉLISER LES EXIGENCES DES 2 ESPÈCES : AJOUTER 3 REGLES

Règle 1 :

Pour modéliser la compétition pour le chêne, rajouter la règle nommée « compétition sous chêne » :

- un jeune chêne situé immédiatement à côté d’un chêne (ayant atteint sa pleine croissance) disparaît dans 25% des cas ; donc il ne donne rien en produit

- tandis que le chêne à proximité reste un chêne (en produit) ; cocher le logo chainon (signifie que c’est le même individu chêne « Réactif » » qui donne chêne « Produit ») et le logo

- Cocher aussi « le premier réactif doit forcément être au centre de la réaction »

Règle 2 : Pour modéliser la compétition sous un hêtre, rajouter la règle « Compétition sous hêtre » :

Un hêtre appréciant l’ombre, donnera un hêtre, alors qu’un jeune chêne à proximité d’un hêtre aura tendance à disparaître

• Cocher « le premier réactif doit forcément être au centre de la réaction «

Règle 3 :

Pour modéliser le fait qu’un hêtre isolé est en concurrence avec la strate herbacée et a tendance à disparaitre, rajouter la règle « jeune hêtre isolé » :

• En réactifs mettre jeune hêtre et plusieurs cases vides et en produits, ne rien mettre.

Lancer le modèle avec les règles ainsi créées.

Source Bordas 1SPE

Doc 3 : Protocole de modélisation des interactions chêne-hêtre dans une forêt mixte

sur Edu’Modèle.

MODELE FORET MIXTE

Ce modèle représente une portion de forêt peuplée de chênes et de hêtres en quantités égales (les arbres ont une demi-vie de 2000 tours). Il ne comporte que 2 types de règles :

1. Une règle de “germination” : la dispersion des graines est modélisée de manière totalement aléatoire (les arbrisseaux peuvent apparaître n’importe où sur la carte), et ne tient pas compte des arbres présents dans le modèle (on considère le modèle comme étant ouvert, seul une petite portion de la forêt est représentée, ceci afin d’éviter la dérive génétique qui le rendrait inexploitable).

2. Une règle de croissance : au-delà d’un certain âge (100 tours) l’arbrisseau se transforme en arbre

La biocénose d’un écosystème est composée de nombreuses espèces qui évoluent dans le même environnement et qui interagissent entre elles. Une interaction entre deux organismes d’espèces différentes se nomme une relation interspécifique, et ces dernières peuvent prendre différentes formes.

On cherche à mettre en évidence ici la diversité des interactions interspécifiques existantes au sein d’un écosystème et de les caractériser.

A partir des ressources fournies :

1. Indiquer les préférences écologiques des hêtres et des chênes.

2. Expliquer les conséquences attendues sur le développement des jeunes pousses de ces arbres dans une forêt mixte peuplée de hêtres et de chênes.

3. Ouvrir le lien du modèle "Edumodèle" proposé et lancer le modèle proposé.

4. D'après les deux règles écologiques déjà paramétrées décrire l’évolution dans le peuplement d’une forêt mixte chênaie/hêtraie au cours du temps sans compétition entre les deux arbres.

5.Réinitialiser le modèle et suivre les instructions de la fiche technique pour modéliser les règles ( rajouter des règles ) en lien avec les préférences écologique puis exécuter le modèle.

On ajoute ici les 3 règles de compétitions.

6. Lancer la modélisation avec les 3 nouvelles règles, noter les observations puis conclure quant aux interactions entre les hêtres et les chênes dans une forêt mixte.

?

Doc 1: Notion de valeur sélective

PADLET

Activité 2 : Les interactions interspécifique au sein d'un écosystème

Partie 2 : La diversité des relations interspécifiques dans un écosystème

1) Après avoir expliqué ce qu’est la valeur sélective d’un individu (doc 1) , compléter le tableau distribué qui récapitule les principales relations existantes entre les espèces d’un milieu.

2) Choisir un exemple de relation interspécifique parmi les 5 ci-dessous, et à l’aide des documents à disposition et d’une éventuelle recherche internet, réalisez une diapositive présentant la relation choisie.

mycorhize des champignons et racines des arbres

Etude de l'interaction entre les mycorhizes des champignons et racines des arbres

Effet des mycorhizes sur la croissance des systèmes aériens du pin maritime

Des pins maritimes âgés de 3,5 mois ont été inoculés ou non par différents champignons mycorhiziens et cultivés sur différents sols. L'augmentation de masse fraîche a été mesurée après 10 mois.

chenille processionnaire et chauve-souris

hêtre et le chêne

Etude de l'interaction entre les hêtres et les chènes

galle de Neuroterus et le chêne

Etude de l'interaction entre la galle de Neuroterus et le chêne

lien à regarder:

https://planet-vie.ens.fr/thematiques/vegetaux/une-galle-de-chene

https://www.insectes-net.fr/galles/galle4.htm

3) Mise en commun : prenez des notes sur les différentes interactions présentées par vos camarades.

4) Compléter le schéma bilan représentant les interactions interpsécifiques présentes dans une forêt.

Bilan

Partie 1

geai des chênes et le chêne

I) La structure d’un écosystème

B. Les relations interspécifiques au sein de l’écosystème

Les relations entre les espèces

Au sein d’un écosystème, on observe différents types d’interactions ................................ :

Tableau récapitulatif

I) La structure d’un écosystème

B. Les relations interspécifiques au sein de l’écosystème

BILAN 2: Les intéractions entre les êtres vivants

ACTIVITE 3

Les différents types d'interactions entre les êtres vivants :

1) Le mutualisme, des interactions à bénéfice réciproque.

Le mutualisme désigne une interaction dont les effets sont favorables pour la valeur

sélective des deux partenaires. Lorsque cette interaction est durable, on parle de

symbiose.

Exemple de symbiose: Certains filaments de champignons s’associent aux racines des

arbres pour former des mycorhizes.

- Avantage pour l’arbre : meilleure absorption d’eau et de minéraux grâce aux

champignons.

- Avantage pour le champignon : se nourrit de la matière organique issue de la

photosynthèse de l’arbre.

2) L’exploitation, une interaction à intérêt unilatéral.

L’exploitation désigne une interaction dissymétrique, c’est-à-dire favorable pour l’un et

défavorable pour l’autre. C’est le cas du parasitisme ou de la prédation.

Exemple de parasitisme : La galle pointue du hêtre se forme après qu’une petite

mouche parasite ait pondu un oeuf sur la feuille en été. Quand la larve éclot, elle

provoque la formation d’une excroissance sur la feuille.

- Avantage pour l’insecte : La galle sert de nourriture et d’abri à la larve pendant l’hiver.

- Désavantage pour l’arbre : Dépense de l’énergie et la matière pour construire la galle à son détriment.

La mycorhize, une symbiose entre champignon et arbre.

3) La compétition, des effets négatifs pour les deux partenaires.

La compétition désigne une interaction dont les effets sont défavorables pour les deux. Il s’agit d’une interaction mise en jeu lors de l’accès aux ressources (lumière pour les végétaux (à nuancer, cf activité 3), proies pour les prédateurs…). Elle peut se manifester entre individus d’une même espèce ou d’espèces différentes.

Les relations entre les espèces

Au sein d’un écosystème, on observe différents types d’interactions intra ou interspécifique :

Tableau récapitulatif

I) La structure d’un écosystème

B. Les relations interspécifiques au sein de l’écosystème

BILAN 2: Les intéractions entre les êtres vivants

ACTIVITE 3

Les différents types d'interactions entre les êtres vivants :

1) Le mutualisme, des interactions à bénéfice réciproque.

Le mutualisme désigne une interaction dont les effets sont favorables pour la valeur

sélective des deux partenaires. Lorsque cette interaction est durable, on parle de

symbiose.

Exemple de symbiose: Certains filaments de champignons s’associent aux racines des

arbres pour former des mycorhizes.

- Avantage pour l’arbre : meilleure absorption d’eau et de minéraux grâce aux

champignons.

- Avantage pour le champignon : se nourrit de la matière organique issue de la

photosynthèse de l’arbre.

2) L’exploitation, une interaction à intérêt unilatéral.

L’exploitation désigne une interaction dissymétrique, c’est-à-dire favorable pour l’un et

défavorable pour l’autre. C’est le cas du parasitisme ou de la prédation.

Exemple de parasitisme : La galle pointue du hêtre se forme après qu’une petite

mouche parasite ait pondu un oeuf sur la feuille en été. Quand la larve éclot, elle

provoque la formation d’une excroissance sur la feuille.

- Avantage pour l’insecte : La galle sert de nourriture et d’abri à la larve pendant l’hiver.

- Désavantage pour l’arbre : Dépense de l’énergie et la matière pour construire la galle à son détriment.

La mycorhize, une symbiose entre champignon et arbre.

3) La compétition, des effets négatifs pour les deux partenaires.

La compétition désigne une interaction dont les effets sont défavorables pour les deux. Il s’agit d’une interaction mise en jeu lors de l’accès aux ressources (lumière pour les végétaux (à nuancer, cf activité 3), proies pour les prédateurs…). Elle peut se manifester entre individus d’une même espèce ou d’espèces différentes.

1

Les différentes phases d"évolution d'un écosystème forestier

2

3

4

La dynamique des écosystèmes

Activité 3:

II) La dynamique spatio-temporelle des écosystèmes.

Si vous êtes en difficultés pour relever les différents défis, voici les liens vers les différents modèles:

• Modèle de forêt mixte initial (sans les règles de compétition)
• Modèle de forêt mixte avec les règles de compétition implémentées
• Modèle complet avec compétition et incendie implémentés
• Modèle pour étudier la résilience face aux maladies du hêtre

Exemples de perturbations impactant les forêts

Activité 3: Etude de l'évolution d'un écosystème au cours du temps

Les écosystèmes se modifient constamment. Ils peuvent aussi être affectés par de nombreuses perturbations et, selon les situations, retrouver ou non leur état initial par la suite. On cherche à comprendre quelles caractéristiques des écosystèmes limitent l’impact des perturbations.

1) A l’aide des deux premiers documents, expliquer quelle est l’évolution naturelle d’une forêt.

2) Après avoir réalisé les différentes modélisations de perturbations d’un écosystème forestier proposé sur Edu’Modèle (en suivant les liens et instructions proposées), comparer l’impact de perturbations (incendies et épidémies) dans une forêt mixte et dans une monoculture, en expliquant les résultats obtenus.

NB: Inclure les graphiques issus de vos modélisations pour argumenter votre réponse.

Aide : Vous pouvez utiliser l’aide proposée par le renard.

3) Expliquer dans quel cas parle t-on de perturbation irréversible et sur quoi repose la résilience d’une forêt.

Bilan: Explique ce qui limite l’impact des perturbations dans un écosystème.

Pour aller plus loin... Succession forestière

Au cours du temps, un écosystème se modifie naturellement sous l’effet de la croissance des organismes, de leur vieillissement, des changements de biodiversité et de la modification des interactions qui en résultent, des variations des facteurs abiotiques qui modifient la répartition des organismes…

ACTIVITE 4

II) La dynamique spatio-temporelle des écosystèmes.

BILAN 3: Conséquences des interactions biotiques sur l’organisation et la dynamique des écosystèmes

Pour aller plus loin... Succession forestière

Au cours du temps, un écosystème se modifie naturellement sous l’effet de la croissance des organismes, de leur vieillissement, des changements de biodiversité et de la modification des interactions qui en résultent, des variations des facteurs abiotiques qui modifient la répartition des organismes…

ACTIVITE 4

II) La dynamique spatio-temporelle des écosystèmes.

BILAN 3: Conséquences des interactions biotiques sur l’organisation et la dynamique des écosystèmes

1

Doc 1: la biocénose d'un écosystème forestier

2

Doc 2: La notion de pyramide de biomasse

document 3: La notion de rendement écologique

3

le devenir de la matière ingérée

4

Aide 1

Rappel: différence chaine trophique et réseau trophique

Activité 4: Fonctionnement des écosystèmes et flux de matière

III) Les flux de matières et d’énergie au sein des écosystèmes

Rappels sur les différents niveaux trophiques d'un écosystème:

Document 2 : Pyramide des productivités et de biomasse

La productivité est la biomasse produite par unité de temps et par unité de surface.
La productivité du niveau n+1 ne représente en moyenne que 10% de la productivité du niveau n (selon les cas elle varie entre 1 et 20%).

Donc par exemple, si il y a une productivité primaire nette de 100 g de matière sèche/m²/an, il y aura une productivité "lapin" de 10 g de matière sèche/m²/an, une productivité "renard" de 1 g de matière sèche/m²/an et une productivité "faucon" de 0,1 g de matière sèche/m²/an.

Les 90% restant sont expliqué dans le document 4.

Document 3 : Calcul de rendement

Le rendement écologique d'un niveau trophique correspond au rapport entre la matière produite par le niveau n divisé par la matière consommée ( donc le rapport entre la matière produite par le niveau n/ matière produite par le niveau n-1).

• Atelier 1 : Les flux de matières et d’énergie dans les écosystèmes, conséquences des relations trophiques

1) A l'aide du document 1 et de l'aide n°1, construire le réseau trophique de l’écosystème forestier (présenté dans le document 1) en identifiant à quel niveau trophique* appartient chaque espèce. Prendre une couleur pour chaque niveau trophique.

*niveaux trophiques= si l'espèces est un producteur primaire, consommateur primaire, secondaire...

2) A l'aide des documents 1 et 2, construire la pyramide des biomasses de cet écosystème forestier.

NB : chaque rectangle représentant la biomasse d’un niveau trophique doit être représenté proportionnellement à sa biomasse présente dans l’écosystème, donc à vous de choisir une échelle pertinente et valable pour tout les niveaux trophiques de votre pyramide.

3) A l'aide du document 3, calculer le rendement écologique (en%) pour chaque niveau trophique.

4) A l’aide du des ressources du document 4, expliquer l’origine des variations de rendement entre chaque niveau trophique de la pyramide des biomasses, et commenter le devenir de l’énergie lors des relations trophiques.

exemple de schéma fonctionnel

III) Les flux de matières et d’énergie au sein des écosystèmes

Au sein de la biocénose, on peut identifier des producteurs primaires ................., qui produisent la matière organique à partir de matière minérale en réalisant la ................

énergie entrante = énergie solaire pour la photosynthèse.

les flèches représentent les flux de matière ou d'énergie :

flux liés aux interactions trophiques (flèches entre P, C1, C2 et C3)

flux liés au fonctionnement des organismes (flèches bleues foncée, verte claire et orange: échanges de carbone; bleue claire pour l'eau et rouge bordeaux pour les ions minéraux)

flux permettant le recyclage de la matière : (flèches qui partent de P, C1, 2 et 3 vers les décomposeurs).

exemple de schéma fonctionnel

III) Les flux de matières et d’énergie au sein des écosystèmes

Au sein de la biocénose, on peut identifier des producteurs primaires autotrophes, qui produisent la matière organique à partir de matière minérale en réalisant la photosynthèse.

énergie entrante = énergie solaire pour la photosynthèse.

les flèches représentent les flux de matière ou d'énergie :

flux liés aux interactions trophiques (flèches entre P, C1, C2 et C3)

flux liés au fonctionnement des organismes (flèches bleues foncée, verte claire et orange: échanges de carbone; bleue claire pour l'eau et rouge bordeaux pour les ions minéraux)

flux permettant le recyclage de la matière : (flèches qui partent de P, C1, 2 et 3 vers les décomposeurs).

1

Interview d'une écophysiologiste

3

Le rôle des êtres vivants dans les flux de matières

Les échanges de carbone dans une forêt

Les stocks de carbone

4

2

Le recyclage de la matière

5

Aide 1

Aide 2

Rappel des notions de flux, de réservoirs, de réseaux trophiques

réseau trophique : ensemble de chaînes alimentaire

rappels :

- la photosynthèse fixe le carbone de l'atmosphère au sein de la biosphère : 6 CO₂ + 6 H₂O + LUMIERE ET CHLOROPHYLLE = C₆H₁₂O_{6 (sucre)} + 6 O₂

- la respiration libère du carbone de la biosphère vers l'atmosphère sous forme de dioxyde de carbone : C₆ H₁₂ O_{6 (sucre)} + 6 O₂ = H₂O + 6 CO₂

Trame du schéma

Activité 4: Fonctionnement des écosystèmes et flux de matière

III) Les flux de matières et d’énergie au sein des écosystèmes

Document 1 : Interactions trophiques au sein de la biosphère au sein d'une chaîne alimentaire (qui est mangé par qui)

Document 2 : Pyramide des productivités

La production primaire est utilisée comme nourriture par les consommateurs de premier ordre (herbivores) servant eux mêmes de nourriture aux consommateurs de deuxième ordre (carnivores), etc.
D'un niveau trophique Cn (= niveau alimentaire, ex. producteur primaire, consommateur de premier ordre...) au suivant Cn+1, 90% en moyenne de la biomasse est perdue :
- soit parce qu'elle est non consommée ;
- soit parce qu'elle est consommée (ingérée) mais non assimilée (NA), rejetée par les excréments ;
- soit par la respiration (R) qui assure les dépenses énergétiques des organismes (flux d'énergie lié au fonctionnement des organismes).

• Atelier 2 : Les flux géochimiques dans les écosystèmes

L’eau, le carbone, l’azote entrent, circulent entre les composants biotiques et abiotiques de l’écosystème, et sortent des écosystèmes grâce aux mutliples interactions biotiques.

On cherche à montrer que le fonctionnement des écosystèmes agit sur le cycle du carbone, et d’identifier les différents échanges de carbone ayant lieu à l’intérieur d’un écosystème afin de construire un cycle biogéochimique simplifié du carbone dans un écosystème forestier.

A partir des documents fournis :

1) Lister les réservoirs du carbone dans un écosystème forestier (documents 1 et 2).

2) Prendre une page (au moins une demi-page) et commencer à construire le cycle du carbone en recopiant la base proposée (aide n°1) et en y ajoutant le ou les réservoirs manquants, ainsi que les légendes (=noms) des réservoirs.

3) Subdiviser le réservoir « biosphère » en autant de compartiments qu’il existe de niveaux trophiques (doc 3).

4) Indiquer sur votre schéma par des flèches les différents flux de carbone existant entre les réservoirs de l’écosystème forêt, en légendant les flux indiqués (document 4).

NB : N’oubliez pas de prendre connaissance du document 5 pour indiquer les flux permettant le recyclage de la matière

5) Indiquer à côté des flèches la valeur des flux (= quantités de carbone échangé), en s’aidant du document 4.

6) Calculer le bilan de carbone de cet écosystème (différence entre la masse de carbone entrant et sortant de l’écosystème) puis commenter le

La pyramide de production de biomasse pour un hectare de l'écosystème « forêt tempérée ».

III) Les flux de matières et d’énergie au sein des écosystèmes

Bilan : Les êtres vivants génèrent ou facilitent les flux de ............. (eau, carbone, azote…) qui entrent (absorption racinaire, photosynthèse, respiration), circulent (réseau trophique) et ............... (évapotranspiration, érosion) de l’écosystème et agissent donc directement sur les ............... biogéochimiques.

Vidéo Les écosystèmes

III) Les flux de matières et d’énergie au sein des écosystèmes

Bilan : Les êtres vivants génèrent ou facilitent les flux de matière (eau, carbone, azote…) qui entrent (absorption racinaire, photosynthèse, respiration), circulent (réseau trophique) et sortent (évapotranspiration, érosion) de l’écosystème et agissent donc directement sur les cycles biogéochimiques.

Vidéo Les écosystèmes

Vidéo Les écosystèmes

La dynamique des écosystèmes

Playlist Youtube

L'essentiel

Pour aller plus loin...

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QUIZ Les Ecosystèmes

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