Lorsqu’on veut connaître l’influence que peut avoir le milieu sur un être vivant, on se heurte, en termes de paramètres, à la complexité de l’écosystème dans lequel ce dernier évolue. Que dire de l’étude du fonctionnement global de la biosphère ! Si j’isole un végétal de son milieu naturel et que je le place « tout nu » sous une cloche privée de lumière, de chaleur et d’air, j’ai peu de chance qu’il survive. De même si c’est un animal qui me sert de cobaye. La plante sera mieux si je lui donne un peu d’eau et de chaleur mais il lui manquera la lumière. Si j’y remédie, elle manquera de nutriments, ceux qu’elle puise naturellement dans le sol avec ses racines. Ainsi, eau, lumière, température, air et ses composantes… sont des facteurs dits abiotiques (lire « Adaptation et environnement« ) car ils ne concernent que les éléments inertes de la biosphère.

Un être vivant a des besoins qu’il doit impérieusement assouvir en permanence s’il veut rester en vie et pouvoir se reproduire. Il s’agit là d’obligation au sens strict. Il arrive que cet être, sans parler de besoins impératifs, ait des préférences quant aux conditions climatiques, édaphiques (sol), hydrologiques ou encore topographiques, comme nous avons pu le voir avec l’article précédent (lire « Adaptation et environnement« ).

L’écologue dispose d’un matériel sophistiqué -il ne peut plus se passer de l’ordinateur- pour mesurer l’intensité des facteurs abiotiques et l’importance de leur influence sur un individu d’une espèce donnée. L’épistémè biologique ne permet qu’une approche relative des différentes données concernant les facteurs abiotiques d’un milieu étudié. Plus notre savoir grandit, plus nos modélisations mathématiques s’éloignent de l’inexactitude. Ne nous leurrons pas, nous ne serons jamais maîtres des choses, encore moins leurs dominateurs.

Ainsi, l’hétérogénéité des écosystèmes nous force à conduire notre approche par prises d’échantillons dans le milieu (la science ne peut prendre le complexe comme étude, en tout cas pas directement ; elle en isole ses composantes dans les plus petites parties qui le constituent pour pouvoir, par assemblage de savoirs, le comprendre dans son entier ; ceci pose un délicat problème épistémologique, ce qu’a très bien remarqué Goethe - lire « Goethe l’hérésiarque » ) ; échantillons que nous traitons statistiquement et que nous soumettons à nos modèles informatiques complexes, jamais parfaits mais constamment améliorés. Les extrapolations sont justes à quelques degrés de liberté près et nous pouvons déterminer avec assurance  besoins et préférences des espèces dans leurs paysages respectifs.

L’EAU

L’eau est le principe de la vie. Nous avons abordé à plusieurs reprises son importance et le rôle qu’elle a pu jouer dans l’apparition du premier être vivant ( lire « L’évolution de la vie » et « Quelques cycles biogéochimiques » ) sur Terre. Je rappellerai simplement le fait qu’elle doit être présente à l’état liquide et à l’état de vapeur d’eau pour rendre fertile une planète -l’eau à l’état solide sert de climatiseur seulement. Sur Terre, elle couvre les 4/5 du globe mais elle est salée à 99%. Sur le 1% d’eau douce restant, la moitié est inutilisable car sous forme de glace, le reste ne représentant qu’un petit demi-pourcent d’eau potable sur la totalité. C’est dire que l’eau devient le facteur limitant de l’accroissement des populations en zones arides.

Dans la biosphère, l’eau permet la distribution des éléments essentiels au vivant : elle dissout l’oxygène , le gaz carbonique et les sels minéraux. Toutes les réactions biochimiques qui ont lieu dans un organisme nécessitent de l’eau liquide, au point qu’un être vivant est, en moyenne, constitué de plus de la moitié de son poids en eau (50% pour le bois, 65% pour l’homme, 80% pour le ver de terre, 95% pour une méduse). Les êtres vivants ont développé de nombreuses stratégies pour maintenir leur homéostasie hydrique. L’homme meurt par incapacité à réguler sa chaleur interne s’il perd plus de 12% de son poids en eau (5 à 6 litres), la transpiration ne se produisant plus. Sans eau, nous mourons de chaud !

Sur 100 litres d’eau qu’un végétal peut absorber grâce à ses racines, il en rejette jusqu’à 99% par évapotranspiration. Quand un hectare de prairie absorbe 2000 tonnes d’eau par an, il ne produit en fait que 20 t de matière fraîche dans le même temps. Bien entendu, les besoins en eau d’un cactus ne seront pas les mêmes que ceux du maïs, ceux d’une grenouille différents de ceux du dromadaire. C’est pourquoi on classe les espèces vivantes selon leurs rapport à l’eau :
- les espèces xérophiles sont adaptées aux milieux secs et aux longues périodes de sécheresse (lichens, cactées, larve de mite, rat-kangourou, chameau…),
- les espèces mésophiles (la plupart des espèces animales et des plantes cultivées chez nous) ont des besoins modérés en eau ou en humidité atmosphérique et supportent des alternances de saisons sèches et humides,
- les espèces hygrophiles (ou ombrophiles) ne peuvent vivre que dans des milieux très humides, à l’hygrométrie de l’air souvent proche de la saturation (lombric, drosera, crapaud…),
- les espèces amphibies vivent en permanence à proximité de l’eau (tritons, périophtalme des mangroves…),
- enfin, les espèces aquatiques qui vivent en permanece dans l’eau (en étang, lac, rivière…).

L’eau contenue dans les plantes du désert ou celles qui poussent en haute altitude s’évapore moins, leur feuillage étant peu développé (la feuille est souvent transformée en aiguille) et une cuticule épaisse, faite de cire,  rendant quasiment imperméables les téguments de la tige. Les plantes succulentes (sedum, joubarbe) gorgent d’eau leurs feuilles. Tous ces végétaux de zone aride possèdent un système racinaire fort développé (jusqu’à 50 m de long au Sahara).

Les insectes possèdent une épicuticule imperméable [l’épicuticule est composée de quatre couches, une couche externe de cément, une couche cireuse (imperméable), une couche phénolique et une couche de cuticuline]. La larve d’une mite se dispense de boire de l’eau et c’est par oxydation de ses propres graisses qu’elle s’en procure. De même pour le dromadaire ou le chameau chez lesquels l’oxydation des graisses se fait dans la ou les bosses (qui ne sont pas des réserves d’eau !).

Les stratégies pour passer la mauvaise saison sont multiples : s’enfoncer dans un milieu humide comme le sol (crapaud fouisseur de l’Arizona), dans un  terrier, une cavité, une coquille ou un cocon (crapaud hurleur du Gran Chaco) ; se contenter de l’eau contenue dans les aliments (antilope, rat-kangourou), même secs ; recycler l’eau de son urine (grenouille arboricole de Californie, crapaud à taches rouges du Colorado) ; rejeter une urine sous forme concentrée (oiseaux), ou déshydratée (chauves-souris) ; se couvrir de cire (grenouille arboricole verte du Paraguay) ; condenser l’eau du peu d’humidité ambiante au petit matin (coléoptère du désert de Namibie – Onymacris unguicularis)…

LA LUMIERE

Ce facteur abiotique est quasiment toujours placé en tête sur la liste du pédagogue. Pourtant, l’eau a joué un rôle premier dans l’apparition de la vie sur Terre et, la lumière n’a participé que de façon très physique au départ. En effet et bien avant l’apparition du premier être vivant (protobionte), le rayonnement solaire ultra-violet (UV) décomposait l’eau de la soupe primitive (océan chaud des débuts) en produisant les premières molécules d’oxygène de l’atmosphère primitive qui en était totalement dépourvue. La lumière visible du jour ne servait à rien, la chlorophylle n’ayant pas encore été inventée. Plus tard, toujours dans son action physique, ce sont les mêmes rayons UV qui ont entraîné la formation d’une fine couche d’ozone protectrice dans la haute atmosphère, ce par décomposition de l’oxygène produit par les premières bactéries et cyanobactéries chlorophylliennes pratiquant la photosynthèse. Cette couche d’ozone s’est comportée comme un filtre ne laissant plus passer les UV les plus nocifs, ceux qui empêchaient jusque-là les animaux et végétaux marins de conquérir les continents (lire  » L’évolution de la vie « ).

La lumière est un vecteur d’énergie rayonnante. Elle se propage sous forme d’ondes dans l’espace, du soleil – réservoir quasi inépuisable comparé à ce qui est nécessaire à la vie d’une humanité- aux végétaux chlorophylliens qui savent la convertir en énergie chimique sous forme de sucres (glucose, fructose, saccharose…) et d’huiles dans lesquelles l’énergie est encore plus concentrée. Ainsi, l’intensité lumineuse sera le facteur abiotique le plus important puisqu’il conditionnera l’essentiel du phénomène de la photosynthèse (lire  » Flux et cycles dans la biosphère : cas du carbone  » ), producteur direct ou indirect de toute la biomasse terrestre et océanique. Facteur essentiel à la vie sur Terre, on comprend mieux pourquoi on place la lumière bien avant le facteur eau dans les manuels scolaires.

Si les plantes sont vertes (en apparence), c’est qu’elles ne captent pas les rayonnements lumineux « verts » du spectre de lumière visible, elles les renvoient en quelque sorte (les végétaux réfléchissent à leur façon !). Par contre, le végétal chlorophyllien se délecte des rayonnements « rouges » et surtout « bleus » du dit spectre -le bleu « contenant » plus d’énergie que le rouge.

Tous les végétaux n’ont pas les mêmes besoins ni les mêmes préférences face à la lumière. Comme il l’est fait pour l’eau plus haut, on classe les espèces végétales en fonction de leur exigence photosyntétique propre :
- les espèces sciaphiles recherchent l’ombre forte et dense (mousses, nombreuses fougères, oxalis, plantes des forêts tropicales),
- les espèces intermédiaires n’ont pas d’étiquette particulière, on les dira « normales » (presque tous les végétaux de France et d’ailleurs),
- enfin, les espèces héliophiles ne supportent pas l’ombre et ont besoin d’une lumière intense pour croître et se développer (tomate, jeune mélèze, plantes de la guarrigue).

Tout au long de l’année, l’intensité et la durée des jours varient (rythmes nyctéméraux ou jour/nuit). A la mauvaise saison, la plupart de nos végétaux « s’endorment » et perdent leur feuillage qu’on dit caduque. Chez d’autres, dits à feuilage sempervirent et moins nombreux, ce dernier persiste. Mais la température joue un rôle synergique avec la lumière. Une concurrence pour la cette dernière s’installe très vite entre individus peuplant l’écosystème et, si pour l’eau elle se fait à l’horizontale, la quête de lumière force les espèces à gagner de la hauteur. C’est ainsi qu’on définira la stratification verticale d’un peuplement végétal. Nous aborderons ce sujet une autre fois.

Le photopériodisme induit par les rythmes nyctéméraux est d’une grande importance écologique sous nos latitudes. Les êtres vivants (animaux et végétaux) possèdent une horloge biologique qui leur donne le sens du temps et des saisons qui passent. La nuit, le plancton marin remonte en surface et redescend la nuit. Pour les plantes, le photopériodisme joue un rôle majeur ; la dormance, la germination, la croissance et surtout la floraison (donc la fructification) sont sous son contrôle chez bien des espèces. Les cycles de reproduction des animaux et leurs migrations en dépendent également. « Quand les jours allongent, oiseaux et renards sont portés aux amours. Quand ils décroissent, c’est le tour des ruminants. Le printemps est la saison des nids, la forêt automnale retentit du brame des cerfs. Quand le jour atteint sa durée minimum, le lièvre variable revêt sa livrée blanche et ses ennemis le confondent avec la neige hivernale. C’est un signal d’alarme pour de nombreux insectes qui suspendent toute activité et se figent dans l’attente du retour de la belle saison » In « Le guide illustré de l’écologie » – éditions de La Martinière.

En milieu marin, les algues sont classées en fonction de la profondeur à laquelle elles peuvent pousser. En effet, l’eau filtre les rayons du spectre de la lumière visible et, plus on va en profondeur, moins de rayonnements peuvent pénétrer (les infra-rouges, les UV puis le rouge d’abord, le orange suivi du jaune, du vert et enfin du bleu). Les algues, sous la pression naturelle de l’évolution, se partagent en différentes classes et forment une zonation de peuplements. De la surface en profondeur, nous aurons :
- les algues vertes qui poussent tant qu’il y a du rouge,
- les algues brunes adaptées pour capter l’énergie du jaune et du orange,
- enfin, à plus de 25 m de profonduer, les algues rouges dont les pigments surnuméraires captent même l’énergie des rayons « verts » !

N.B. : la vie peut se passer de lumière dans certains cas bien particuliers (grottes, sources hydrothermales abyssales, hypotétiquement, fissures ou failles profondes de la croûte terrestre…).

LA TEMPERATURE

Mine de rien, la température joue un rôle de facteur limitant pour de très nombreuses espèces. Elle agit sur leur métabolisme général (respiration, photosynthèse, évapotranspiration, déplacements…) et, plus que le facteur lumière encore, conditionne la répartition des espèces et des communautés de populations dans la biosphère. La piéride du chou se trouve au nord de la France alors que la belle dame se moque des écarts de température, elle est ubiquiste. Et l’on ne rencontrera jamais de cigales au nord de la Provence sans un réchauffement climatique. Il faut 345 jours par an de températures au-dessus de 0° C au houx pour croître. En montagne, le gradient des températures entraîne un étagement des peuplements végétaux.

Exemple d’étagement en fonction de l’altitude :

La tolérance à la température de la plupart des espèces se situe dans un intervalle compris entre  -10 et +50° C. Néanmoins, il existe des espèces de l’extrême (déserts, zones polaires, sources hydrothermales abyssales). Par exemple, les spermatozoïdes de l’homme résistent à -192° C ! Si l’intervalle de tolérance est large, celui des préférences se retrécit. La mouche préfère les températures avoisinant les 42° C, le pou se sent à merveille entre +24 et +32° C.

Pour la plupart des insectes, la température est le facteur qui déclenche les grandes étapes de leur cycle de développement. La fréquence du chant des grillons et l’intensité de celui des cigales dépendent de la température de l’air.

La chaleur influe sur l’âge des animaux. Le saumon vit plus longtemps en Norvège qu’en France. On dit bien que le froid conserve l’homme (et la femme), c’est assez vrai car le froid ralentit la division cellulaire dans les tissus. Chez les animaux des pays froids, oreilles, nez, pattes et queue sont de taille réduite afin de perdre le moins de chaleur possible, leur pelage s’éclaircit, ce qui rend les poils transparents aux rayons du soleil.

Les stratégies développées par les règnes végétal et animal pour échapper à la mauvaise saison sont nombreuses. Les espèces végétales peuvent réduire leur période de végétation en perdant leurs feuilles ou en disparaissant presque complètement (il en restera toujours les graines). Leurs feuilles peuvent s’épaissir d’une cuticule duveteuse ou cireuse. La plante peut adopter un port prostré, en boule ou en coussinets. Chez les animaux, il en va de même pour le comportement influencé par la chaleur ou le froid. Le lézard dépend de la chaleur des rayons solaires auxquels il soumet le plus de surface de corps possible car il est « à sang froid » ou poïkilotherme. C’est l’inverse pour les insectes du désert qui doivent se positionner de façon à limiter l’impact de la chaleur du soleil sur leur organisme. Certains oiseaux d’habitude solitaires (roitelet, grimpereaux, troglodytes…) se regroupent par les nuits de grande froidure afin de se donner mutuellement chaud. Un tardigrade du Groënland (Adorybiotus coronifer) se déshydrate complètement pour passer le long hiver boréal. Les termites ont su construisent des habitats « à air conditionné » bien avant l’espèce humaine. Le cloporte fuit la moindre chaleur en s’enfonçant dans les fissures profondes du sol et dès qu’il fait « bon » il ressort de sa cachette. Les abeilles ont des techniques efficaces pour refroidir ou réchauffer la ruche ou le couvain… Sans oublier les différents modes d’hibernation, les protections telles les poils ou les plumes, la couche de graisse sous-cutanée de certains mammifères (cétacés, porc) et les réactions métaboliques permettant le maintien du corps à température constante, chez les animaux « à sang chaud » ou homéothermes.

Passage de l’hiver chez les végétaux classés selon l’échelle de Rankier :
- les espèces thérophytes sont les plantes annuelles. Elle ne vivent qu’une année au plus et la mauvaise saison, il ne persiste que les graines,
- les espèces hydrophytes sont les plantes aquatiques dont seules les parties souterraines persistent,
- les espèces géophytes ou cryptophytes, le bourgeon est sous-terre (plantes à bulbes, à tubercules ou à rhizomes),
- les hémicryptophytes, dont les bourgeons, protégés par la litière ou par la neige, se situent à la surface du sol (pâquerette),
- les espèces chamaephytes, bourgeons situés à moins de 50 cm de la surface du sol. La plante végète de ses parties aériennes qui persistent, sans écorce (plantes buissonnantes, myrtiller),
- les espèces phanérophytes, bourgeons à plus de 50 cm du sol, en deux groupes : les espèces sempervirentes et les espèces caducifoliées (arbustes et arbres / voir plus haut, paragraphe « la lumière »).

LES AUTRES FACTEURS

 Le vent :

Il assure la pollinisation chez les plantes à fleurs qu’on dit, alors, anémophiles (anémogamie) par opposition aux entomophile (entomogamie, besoin d’insectes pollinisateurs) ou aux hydrophiles (hydrogamie, pollinisation grâce à l’eau). Les espèces anémophiles possèdent de petites fleurs, sans couleur (contrairement aux entomophiles). Les grains de pollen sont très abondants car le vent, aléatoire par nature, cause de grandes pertes, et sont de petite taille pour peser le moins lourd possible. Ils ne possèdent pas d’ornements sur leurs téguments (graminées, conifères, amentifères…).

Mais le vent assure également la dissémination des graines (ou des fruits non charnus) de pas mal d’espèces et l’on parle d’anémochorie par opposition à la zoochorie (les animaux, dont l’homme, permettent la dispersion des fruits et des graines), à l’hydrochorie (dissémination des graines par l’eau), à la barochorie (le fruit ou la graine est semé sous l’effet de sa propre par gravité), à l’autochorie (la plante possède un mécanisme d’éjection de ses diaspores comme l’impatiens) ou, enfin, à la géochorie (le cacahuétier enterre lui-même ses cacahuètes dans le sol). La nature est vraiment bien faite. 

Le vent devient un facteur limitant lorsque, trop fort ou trop froid, il empêche un arbre de former sa couronne normalement, ce qui lui donne un port en drapeau. Le moustique disparaît avec un vent de plus de 13 km/h. En étage alpin venté, nombre d’insectes perdent leurs ailes. Un vent continu empêche la forêt de gagner un étage altitudinal modeste, ce qui laisse place à des pelouses alpines qui n’y ont pas leur place, en théorie.

La neige :

Un sol enneigé conserve une température de 0° C en surface ; les graines et les appareils végétatifs des plantes sont protégés des gelées, de même pour de nombreux petits animaux bien à l’abri dans leur terrier. Les bourgeons peuvent bénéficier des mêmes avantages. C’est ainsi que le versant nord (ubac) de la montagne est mieux protégé que le versant sud (adret) puisque la neige y persiste plus longtemps, étant moins soumis à l’ensoleillement. Du coup, on peut constater des arbres plus hauts sur l’ubac que sur l’adret.

Mais la neige, si elle est trop lourde, peut endommager les branches des arbres. En revanche, les arbres fixent le manteau neigeux, limitant ainsi le risque d’avalanches en montagne.

Les biologistes classent les associations végétales de l’étage alpin en fonction de la durée d’enneigement que peuvent supporter les plantes de cet habitat. Cette durée dépend des précipitations neigeuses, du terrain, de l’exposition, de la température :
- L’association de mode nival supporte 8 à 9 mois d’enneigement par an (saule herbacé + sibbaldie rampante + alchémille à cinq feuilles + gnaphale couchée),
- l’association de mode intermédiaire supporte 5,5 à 6 mois d’enneigement par an (grande fétuque + centaurée uniflore + trèfle des montagne + arnica des montagnes + anémone à fleurs de narcisse + asphodèle blanc),
- l’association de mode thermique bas supporte 4 à 6 mois d’enneigement par an (élyne en épi + laiche courbée + edelweiss + raiponce du Piémont + antennaire des Carpates) ; En mode thermique élévé, l’association supporte 3,5 à 5,5 mois d’enneigement par an (seslérie bleuâtre + avoine des montagnes + hélianthème alpestre + pédiculaire de Jacquin).

Le sol :

Les propriétés du sol (acidité ou pH, teneur en calcium ou calcaire, salinité, teneur hydrique, atmosphère interne, présence de métaux lourds…) influencent directement la croissance et le développement des végétaux. Leur répartition dans l’écosystème en dépend également :

- Influence de l’acidité du sol : critère de sélection des espèces végétales, le pH (potentiel Hydrogène) d’un sol peut avoir une valeur allant de 3 (tourbières acides) à 9,5 (prés salés ou shorres). En agronomie, le pH neutre d’un sol vaut environ 6,5.
La droséra (plante carnivore de nos tourbières) et la sphaigne des tourbières se complaisent dans un substratum de pH très acide (pH 3,5-3 ; on les dit acidiphile. La fougère aigle (très commune dans nos bois et nos forêts) préfère un sol podzolisé (à humus de type mör dont le pH est compris entre 4 et 4,5). Le genêt à balai (autre plante courante des landes) est aussi une plante acidiphile et son sol préféré à un pH de 5,5-6.
Les plantes neutrophiles, qui sont les plus nombreuses, poussent sur des sols à pH compris entre 6,5 et 7,5 (humus de type mull).
Enfin, les végétaux basiphiles affectionnent les sols alcalins (inverse d’acide) et cette alcalinité est le plus souvent due à une forte teneur du sol en ions calcium : bleuet, thym, noyer sont moyennement basiphiles (pH de 7,5 à 9). Carex firma l’est davantage (pH > 9)  et la salicorne ne pousse qu’aux abords des vasières et sur les shorres ou prés salés, le pH y est maximal.

- Influence de la teneur en calcaire (ions calcium) du substrat : Les végétaux se répartissent en fonction de leur préférance vis à vis de l’ion calcium. S’ils affectionnent un sol calcaire, ils sont dits calcicoles alors que ceux qui ne supportent pas ce minéral seront dits calcifuges. Plus un sol contient de calcaire, plus il sera alcalin. A l’inverse, s’il est dépourvu de calcaire, il sera plutôt acide. Respectivement et par ordre de tolérance et/ou de besoins croissants des végétaux vis à vis du calcaire, nous aurons : la primevère auricule, le saxifrage aizoon, le prunus mahaleb et le buis pour les calcicoles, le pin sylvestre et la renouées des oiseaux sont dits indifférents car ils supportent des teneurs moyennes en ion calcium ; pour finir, la digitale pourpre, la petite oseille, le genêt à balai et la myrtille sont calcifuges ou silicoles.

- Influence de la salinité du sol : Une faible teneur en sel du sol empêche déjà de croître la majeure partie des végétaux terrestres. On rencontrera sur un tel sol le genevrier de Phénicie et la salsepareille (donc des schtroumphs à bonnets blancs). Si la teneur en sel est importante (shorres), croitront l’obione et la saladelle. Plus salé encore et rares sont les plantes comme la grande salicorne à s’y être adaptée. Le génie génétique oeuvre (quand on laisse faire l’INRA qu’il ne faut pas confondre avec la firme Monsanto !) pour fabriquer des plantes génétiquement modifiées pouvant pousser sur ce genre de sols très nombreux à la surface du globe. De quoi nourrir les milliards d’humains programmés de l’an 2050. A ce propos, les OGM existent depuis les années 70 et ont permis de sauver de nombreuses vies à moindres frais et sans rique de contaminations exogènes. Des bactéries modifiées fabriqueuses d’insuline ou d’hormone de croissance sans les risques du naturel… cela ne vous dit rien ?

- Influence de l’eau et de l’air dans le sol : Un sol est plus ou moins poreux et les microcavités interstitielles sont, le plus souvent, remplies d’air. Les racines ont besoin d’une atmosphère dans le sol pour assurer leur respiration cellulaire. Quand elle est présente, l’eau prend la place de l’air, rendant le sol asphyxiant. Plus un sol est compact et plus il se comportera comme du ciment. Moins les végétaux s’y plairont. Cette propriété, qui varie d’un sol à l’autre, sélectionne les espèces adaptées ou pas à des conditions plus ou moins prononcées d’asphyxie racinaire. Ainsi, le hêtre et l’épicéa indiquent un sol aéré, jamais asphyxiant ; un frêne a une très faible tolérance au manque d’air au niveau racinaire ; le peuplier d’Italie et le bouleau acceptent de courtes périodes d’eau stagnante ; saule et aulne sont les arbres des bords de rivières et des zones humides ou souvent inondées. Enfin, la massette, comme toutes les plantes aquatiques, ne supporte pas le manque d’eau, si infime soit-il.

- Certains végétaux sont spécialisés dans l’absorption et l’accumulation de métaux toxiques. Ils sont bien connus des prospecteurs miniers car ce sont des indicateurs de minerais : la violette calamine absobe le zinc, la passerage de Bertelon accumule le nickel et l’astragale se nourrit de sélénium.

C’est une branche de l’écologie qui étudie les rapports qui existent entre une espèce et son environnement. Plus précisément, elle définit des limites de tolérance et les préférences des espèces face aux diverses pressions qu’elles subissent de la part du milieu (= facteurs écologiques) et étudie parallèlement l’action de ce dernier sur la morphologie, la physiologie et le comportement -pour un animal ; l’on parle parfois d’écophysiologie.

Dans un premier temps, le biologiste qui étudie une espèce donnée devra porter à sa connaissance nombre d’informations concernant la niche écologique de l’espèce en question. Cette « niche » n’est pas seulement spatiale, son concept tient compte également du rôle de l’espèce dans l’écosystème. L’attention se portera donc sur l’habitat de l’espèce (lire « L’écologie, science à part entière« ), sur son régime alimentaire, ses rythmes d’activité et ses relations avec les autres espèces. Mais la niche écologique d’une espèce possède des caractéristiques déterminées par l’influence de différents facteurs écologiques.

Dans un second temps, le biologiste devra donc identifier l’ensemble des facteurs écologiques auxquels est soumise l’espèce étudiée.

Enfin, il sera nécessaire, dans le cas de l’étude d’une espèce animale, de compléter les données d’autoécologie sur cette espèce par une étude appropriée de ses comportements. Une science à part, l’éthologie ou science des comportements, sera appliquée. On peut rajouter que si le végétal ne choisit pas le milieu qui lui convient, la mobilité et les comportements de l’animal lui confèrent cette « liberté » de choix.

LA NOTION DE FACTEUR ECOLOGIQUE :

Si l’on compare le désert du Sahara à la campagne normande, il vient immédiatement à l’esprit une notion de contraste : l’un est fameusement aride alors que l’autre est verte toute l’année. Par définition, le désert abrite peu d’espèces vivantes car les conditions climatiques, entre autres, sont extrêmes, ce qui n’est pas le cas en Normandie. Ces conditions, variables dans le temps et dans l’espace, impliquent l’action de facteurs écologiques assez variés puisqu’ils concernent autant le climat, le relief, la qualité du sol et/ou de l’eau, que l’influence qu’exercent les êtres vivants entre eux. On parle de facteurs abiotiques lorsqu’ils ne dépendent pas (au sens strict) des êtres vivants et de facteurs biotiques dans le cas contraire.

Les facteurs abiotiques ont des paramètres mesurables : lumière, température, précipitations, vent, composition et/ou pH et/ou salinité d’un sol… (article du mois de mars 2010). Les facteurs biotiques concernent l’influence des êtres vivants entre eux mais, lorsqu’on étudie une espèce précise, il faudra distinguer les relations qu’un individu de cette espèce entretient avec ses congénaires (relations intra-spécifiques) de celles qu’il subit de la part des autres espèces (relations inter-spécifiques). Dans le premier cas, on observera des relations homotypiques d’effet de groupe, de masse ou de compétition ; dans le second, il s’agira de relations hétérotypiques allant de l’indifférence à l’antagonisme et du parasitisme à la symbiose (article du mois d’avril 2010).

Un facteur abiotique peut varier d’un extrême à l’autre. C’est le cas des températures du Sahara qui diffèrent grandement entre le jour et la nuit, ou de celles d’une steppe de Sibérie où la variation se fait entre l’été et l’hiver. Les espèces devront pouvoir accepter les conditions qui règnent en un lieu géographique donné si elles veulent s’y installer. Sur ce plan, il n’y a pas d’égalité, certaines espèces supporteront des conditions extrêmes, d’autres moins et d’autres pas du tout. En tout cas, chacune fera preuve de tolérances plus ou moins marquée et aura ses propres preferenda.

Prenons le cas d’un collembole (insecte de la photo ci-contre) présent uniquement dans les névés alpins, l’Isotoma saltans. En dessous de -15 °C, il meurt ; de même au delà de +15 °C ; ce sont là ses limites de tolérance. Son intervalle de tolérance est donc de 30 °C. Mais son optimum de développement ne se situe qu’entre -5 et +5 °C (optimum harmonique). Si l’on compare à la mouche, Musca domestica, cela est sans commune mesure. La tolérance et l’optimum harmonique de la mouche lui sont  bien plus avantageuses et c’est pour cette raison qu’on la rencontre sur tous les continents et sous presque toutes les latitudes, quand Isotoma natans se voit limité à une zone bien réduite. On peut dire ainsi que la valence écologique (aptitude à conquérir des milieux différents) de la mouche est supérieure à celle d’Isotoma natans.

Exigences d'Isotoma saltans vis à vis des températures

On distingue les espèces euryèces (à grande valence écologique) -comme la mouche, le pin sylvestre ou le renard- des espèces sténoèces (à faible valence écologique) -comme notre Isotoma des névés alpins ou le trématomus (poisson de l’océan glacial antarctique ne supportant qu’une eau entre -2,5 et +2 °C). On constate qu’au fil de l’évolution la valence des espèces s’accroît. L’algue est plus sensible aux polluants qu’un végétal aquatique supérieur ; le mammifère est plus « souple » d’adaptation que le poisson ou le batracien. Enfin, c’est l’évolution encéphalique de l’homme qui lui confère une nette supériorité par rapport à tous les autres, ne serait-ce qu’en lui ayant permi d’inventer les prothèses qui font reculer ses limites naturelles.

FACTEUR LIMITANT :

Quand l'eau devient un facteur limitant

Il arrive parfois qu’un facteur écologique atteigne un seuil critique et fatal pour une espèce animale ou végétale donnée. Que le facteur pèche par son absence ou par sa présence, il devient une condition sine qua non de vie ou de mort pour cette espèce. On dit alors que le facteur écologique en question est un facteur limitant. Le seuil d’un facteur écologique bien présent peut correspondre à un minimum ou à un maximum qu’une infime variation rend léthal.

Le cultivateur sait qu’il peut lui arriver d’avoir veillé à tout pour qu’une de ses cultures reçoive tout ce dont elle a besoin (azote, potassium, phosphate…) et que, cependant, sa culture dépérisse. Il y a urgence pour cet agriculteur de découvrir ce qui fait défaut de processus. Il sait déjà qu’il a à faire à un facteur limitant et que celui-ci peut tout aussi bien l’être par défaut que par excès.

Lorsqu’on établit la liste des facteurs écologiques intervenant sur un écosystème, il est important de distinguer ce qui est un facteur limitant de ce qui n’en est pas. Car c’est toujours le facteur qui atteint dans le milieu sa limite d’expression qui conditionnent le développement d’une espèce. Ce fait est aussi important pour l’agriculteur, que l’agronome ou que le biologiste de l’écologie et il s’exprime selon une règle, laissée à la postérité par Liebig, dite règle du minimum de Liebig. C’est un peu comme quand un groupe de marcheurs se met au rythme du plus lent pour rester cohérent (l’inverse est impossible).

Un facteur écologique devient limitant lorsqu’une espèce possède des limites de tolérance étroites vis-à-vis de ce facteur ou quand ce facteur connaît une trop grande ampleur de variation dans le mileu ambiant. Ainsi, l’homme, qui possède une bonne valence écologique, ne saurait supporter un réchauffement climatique de plus de 5 °C et le trématomus de l’Antarctique, dont la valence écologique est fortement restreinte, ne pourra supporter le moindre écart de température.

Dans la nature, les facteurs écologiques interfèrent les uns sur les autres quant à leur influence sur le vivant. Température et lumière sont, par exemple, souvent liées : pour une faible intensité lumineuse, une plante d’appartement nécessitera une température plus basse et vice-versa. La présence d’organismes (facteurs biotique) peut également jouer sur l’hygrométrie et/ou la température (facteurs abiotiques), c’est le cas des fourmilières, des termitières ou des ruches.

Pour finir, les exigences écologiques d’une espèce évoluent au cours de son développement et de sa croissance – le phénomène étant plus marqué chez les insectes ; de fait, la présence d’une espèce d’insecte, en un écosystème, dépend de la valence écologique de son stade de développement le plus sensible et c’est dans la lutte biologique pour la protection des cultures que cette connaissance sera des plus intéressantes.

PRINCIPAUX FACTEURS ECOLOGIQUES :

Les biologistes ont pris l’habitude – même si ce n’est pas aussi évident comme on a pu le voir à la fin du dernier paragraphe – de classer les facteurs écologiques en fonction de leur nature physique, chimique ou biologique. On aura donc respectivement des facteurs abiotiques, des facteurs trophiques (nourriture) et des facteurs biotiques.

Les facteurs abiotiques :

Les facteurs écologiques abiotiques d’un milieu naturel sont ceux qui ne dépendent pas des organismes vivants ; ils sont de nature physique ou dynamique et d’ordre climatique, hydrologique ou hédaphique (facteurs liés aux caractéristiques du sol).

♣ Les facteurs climatiques :

- L’éclairement s’exprime selon son intensité (calories par unité de surface ou lux par unité de temps), en fonction de ses longueurs d’onde (ultra-violets, spectre de la lumière visible, infra-rouges). On doit aussi décrire sa durée (nombre de jours d’ensoleillement mensuels ou annuels) et son photopériodisme (alternance de périodes d’éclairement et d’obscurité ou rythme nyctéméral – jour/nuit).

- La température est un facteur limitant de premier ordre ; elle s’exprime en degrés Celsius. Relevées tout au long de l’année, on en déduit une moyenne annuelle, un mois le plus chaud ou le plus froid et le nombre de gelées dans l’année.

- La pluviosité est appréciée par la mesure (en millimètres) des précipitations mensuelles, annuelles. La répartition de cette pluviosité au long de l’année est assez révélatrice.

N.B. : La courbe annuelle des température associée à celle des précipitations permet d’établir des diagrammes ombrothermiques forts utiles pour déterminer le type de climat local (montagnard, continental, océanique, méditerranéen…).

- L’hygrométrie caractérise la teneur en vapeur d’eau de l’air (en pourcentage).

- Le vent, la neige, la pression atmosphérique, l’ionisation de l’air, les champs électriques sont des  facteurs écologiques climatiques de seconde importance mais ils jouent néanmoins un rôle non négligeable dans l’adaptation des êtres vivants à leur écosystème.

♥ Les facteurs non climatiques :

- Les conditions topographiques ont une influence importante sur les facteurs climatiques comme la durée et la qualité de l’ensoleillement (exposition) et, en altitude, tous les paramètres sont modifiés.

- En milieu aquatique, l’écologue mesurera la densité et la vicosité de l’eau, la lumière et sa pénétration en profondeur, la pression qui est fonction de la profondeur également, l’acidité, la teneur en gaz dissous, notamment celle de l’oxygène, la teneur en sels minéraux et la salinité.

- Dans le sol, on relèvera les facteurs édaphiques tels la texture et la structure du sol, sa porosité, sa teneur en eau disponible pour les végétaux et son hygrométrie ; tous deux dépendant des facteurs précédents. L’écologue notera l’acidité (pH) du sol, donc sa teneur en calcium qui est étroitement liée au pH, et mesurera, pour finir, la teneur du sol en  éléments minéraux et organiques.

Les facteurs trophiques :

Le terme « trophique » , que l’on rencontrera en détail plus tard, peut être assimilé à celui, plus trivial, d’alimentaire. Dans un milieu donné, l’espèce étudiée par un biologiste de l’écologie dépend, en terme de développement de l’espèce ou de la population à laquelle elle appartient, de la présence d’éléments nutritifs, c’est à dire de nourriture disponible en quantité et en qualité (minérale pour les végétaux, organique pour les animaux).

Les facteurs biotiques :

Ils sont liés à l’activité ou au métabolisme des êtres vivants. On distingue :

- les interactions qui ont lieu à l’intérieur d’une population d’individus de la même espèce ou relations homotypiques dépendant de la densité de cette population. Celle-ci induira des comportements par effet de groupe (manchots) ou de masse (ex. les criquets migrateurs), s’exprimera par une forme de compétition territoriale, pour la lumière, l’eau et les sels minéraux chez les végétaux, la nourriture disponible chez les animaux ;

- les interactions entre espèces différentes ou relations hétérotypiques. On établit un gradiant relationnel allant des relations plutôt favorables aux espèces (commensalisme, synergie, coopération, symbiose), aux relations défavorables au moins pour une espèce (compétition, amensalisme, prédation, parasitisme), en passant par l’indifférence (neutralisme).

POUR RESUMER :

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L’ENDEMISME :

 Mis en évidence lors du voyage effectué autour du monde par Charles Darwin, l’endémisme est propre à une région. On mesure le taux d’endémicité en rapportant le nombre d’espèces endémiques d’un lieu donné au nombre total de ses espèces :

20% pour l’Europe,

30% pour les îles Canaries et pour la Corse,

64% pour la mer Caspienne,

80% pour l’île d’Hawaï,

85% pour Madagascar,

90% pour l’Australie,

100% pour l’île Sainte Hélène.

L’insularité (en général, l’isolement) favorise nettement l’endémisme des populations. D’autres facteurs interviennent : l’altitude, la température externe, la salinité… L’endémisme croît du nord de l’Europe (2 espèces endémiques pour la Norvège) vers son sud (676 endémiques pour la Grèce) et les Pyrénées ou les Alpes du sud ont un endémisme plus marqué sur le continent.

Les barrières infranchissables tels les montagnes et les mers ou des changements climatiques peuvent entraîner le morcellement de l’aire de répartition d’une espèce donnée. Dans ce cas, soit les descendants des populations isolées évolueront par mutations génétiques que la sélection naturelle pourra trier ; on obtiendra alors de nouvelles sous-espèces de plus en plus éloignées de l’espèce originelle. A terme, de nouvelles espèces apparaîtront et l’on parlera d’endémisme insulaire. Soit, les descendants se figent génétiquement pour ne subsister qu’à l’état d’espèces reliques, en général archaïques. Ces espèces sont plus menacées que d’autres car elles ne possédent plus aucune possibilité d’adaptation et il faudra bien les protéger si l’on veut les préserver.

LA BIODIVERSITE :

Nous ne connaissons qu’une infime partie des espèces vivantes de la planète (1,5 millions d’epèces sur les 5 à 50 millions que la terre pourrait en abriter) tant la vie peut prendre de formes différentes. C’est au terme du Sommet de Rio de 1992 que 157 pays ont signés une convention sur la protection de la diversité biologique. Depuis, les médias emploient le terme de « biodiversité » et le sujet est devenu une préoccupation majeure de la gente scientifique, au même titre que la problématique de l’eau, que l’effet de serre ou que la démographie humaine mondiale. A travers ce nouveau concept, le regard que nous portions au patrimoine naturel change. La vie n’est pas uniforme sur terre ; la nature invente autant de formes viables et variées que peuvent en contenir ses niches écologiques. Deux niches d’égales natures peuvent abriter des espèces de formes différentes, d’une région à l’autre, d’un continent à l’autre. La variabilité du monde vivant trouve siège à tous les niveaux d’organisation de cette biodiversité : elle agit aussi bien dans le gène qu’au sein d’une population, de l’espèce à l’écosystème. Sans variété ni variabilité, le monde ne serait pas multiforme ; au moindre « pépin » (changement climatique, par exemple, car rien n’est immuable), la supposée unique population risquerait de disparaître en un clin d’oeil (c’est d’ailleurs le problème des clônes). Cette mutiformité assure en grande partie la perpétuation de la vie planétaire.

Nous avons vu (Lire « L’évolution de la vie« ) comment la théorie du moment explique l’apparition de la vie et son évolution. Dans l’article, je donne le nombre de crises majeurs qu’aurait traversé ce monde. Sur les 25, 5 ont été d’une ampleur magistrale puisque, à chaque fois, plus de 50% des espèces disparaissaient. Lorsque la nature repart à « zéro », elle réinvente très rapidement (quelques dizaines de millions d’années) des milliers de nouvelles espèces aptes à « nicher » dans les nouveaux écosytèmes qu’elle met en place. C’est dire que la sixième grande extinction que nous semblons avoir déclanchée depuis les 200000 dernières années n’est pas un problème pour mère Nature, car s’il y a réellement crise majeure, l’homme disparaîtra, entraînant à sa suite une multitude d’espèces, certes. mais le vivant reprendrant toujours le dessus. La niche « type humain » sera reprise par un nouvel être aux propriétés incroyables.

 80% des richesses biologiques de la planète se trouvent entre les deux tropiques. La moitié des espèces du globe ont leur habitat au sein de la forêt tropicale qui ne couvre pourtant que 7% de la surface terrestre. Si le Royaume Uni possède environ 40 espèces de fourmis sur son sol, c’est le nombre d’espèces que peut présenter un seul arbre de l’Amazonie. La biodiversité croît des pôles vers l’équateur et elle est proportionnelle au nombre de niches écologiques qu’un écosystème présente. Plus grande est l’hétérogénéité des structures de ce dernier, plus le nombre d’espèces rencontrées en son sein est important. On constate qu’à l’intérieur d’une même population, les gènes divergent d’un individu à l’autre. Cette diversité génétique permet, comme je l’ai dit plus haut, à une population de faire face aux variations de son environnement. Plus elle est importante, plus l’espèce a des chances de survie en de nouvelles formes, engendrant ainsi de la diversité à un niveau supérieur, soit de la biodiversité.

IMPORTANCE DE LA BIODIVERSITE :

En un mot , vitale (Voir schémas dans  »Utilité de la biosphère« ) :

- Sur le plan économique : L’industrie agroalimentaire, celle du médicament comme celle de l’habillement trouvent dans la biodiversité leurs matières premières. C’est en elle et son stock génétique qu’on pourra puiser les ressources pouvant répondre à des besoins futurs et imprévisibles. Les médicaments de demain sont dans les arbres.

- Sur le plan scientifique : La diversité biologique est à l’origine de processus permettant la régulation de la biosphère à différents niveaux (formation et protection des sols, régulation des climats, des courants marins et aériens…), donc le maintien de paramètres tout simplement vitaux. C’est dans sa richesse et par son hétérogénéité que la biosphère trouve les solutions et les réponses appropriées aux problèmes d’aléas qu’elle rencontre, ses possibilités évolutives. Un monde homogène stagnerait d’un point de vue de l’évolution et s’appauvrirait au point de compromettre le fonctionnement écosystémique. Un écosystème varié produit plus de biomasse qu’un sytème appauvri.

- Sur le plan de l’esthétique et de l’éthique : Qui niera l’importance de la diversité sur la vie contemplative, source d’épanouissement personnel, de créativité et « d’élévation ». En convention du Sommet de la Terre, L’UNESCO a lancé son projet scientifique DIVERSITAS qui s’engage à faire un inventaire de toutes les espèces terrestres et marines encore vivantes. Le programme permettra de mieux comprendre l’origine de la diversité biologique, son action sur le fonctionnement des écosystèmes et, de façon plus globale, de la biosphère. L’Union européenne, quant à elle, tente d’imposer la directive « HABITAT » visant à protéger les êtres vivants et les habitats naturels.

LE DECLIN DE LA BIODIVERSITE :

 L’apparition d’Homo sapiens sapiens n’a pas été sans incidence sur la biodiversité depuis le paléolithique moyen mais il semblerait que l’érosion de la diversité biologique de la planète se soit aggravée au cours des trois derniers siècles (83 espèces de mammifères et 113 espèces d’oiseaux ont disparu depuis le XVIIème siècle). Des milliers d’espèces végétales ont encore péri en quelques décénies et le phénomène, purement anthropique, obère grandement nos chances d’inventer de nouveaux médicaments dans le futur. Dans les pays en voie de développement, cette dégradation de la diversité entraîne la disparition de biotopes et d’écosystèmes entiers. Morcellement des écosystèmes, consanguinité puis épuisement des réservoirs génétiques : les répercussions économiques et sociales sont ensuite énormes. Nos agrosystèmes ultra-simplifiés et nos espaces mangés par les villes sont autant de déserts biologiques dont on ignore, à terme, les effets sur le fonctionnement général de la biosphère.

La durée de vie d’une espèce allait jusqu’à hier -quand l’homme ne confondait pas encore prédation et utilisation de la nature- de 1 à 10 millions d’années. Les conditions étant largement perturbées par Homo sapiens sapiens, les espèces auront de plus en plus de mal de se perpétuer aussi longtemps. La destruction des écosystèmes et leur surexploitation sont aggravées par les invasions biologiques, les diverses pollutions, la surpopulation, l’altération des cycles biogéochimiques, le tout augmenté par le réchauffement climatique. 34 « hauts lieux » (hotspots) de la biodiversité ont été recensés qui souffrent abominablement ; abritant 50% des espèces végétales vasculaires et 42% des vertébrés terrestres à eux tous seuls, ils ne représentent pourtant que 2,3% de la surface planétaire.

Les aires de répartition de la faune et de la flore sauvage régressent de façon alarmante sur les six continents. En 6000 ans, l’homme a abattu un tiers des frêts du monde. La chasse de brousse est, contrairement à ce que l’on pourrait croire, très destructrice (dizaines de millions d’animaux détruits chaque année surtout en Amazonie et dans le bassin du Congo) car elle est devenue trop commerciale.

Un individu (végétal ou animal) disparaît, suivi d’autres ; la population  »s’évapore » à son tour jusqu’à disparition complète de l’espèce dans le pire des cas. S’en suit une désorganisation de la chaîne alimentaire et des réseaux trophiques (producteurs, consommateurs et décomposeurs). L’écosystème est atteint. Sa simplification entraîne la chute de sa productivité. Il périclite et meurt. Or, nous le savons par les articles précédents, les biens fournis et les services rendus aux hommes par la nature sont bien quantifiables. Cette dernière nous offrirait de 3000 à 40000 milliards de dollars annuellement, selon les estimateurs (le PNB du monde est d’environ 20000 milliards de dolars). L’homme veut plus que nécessaire, il est atteint de pléonexie autant que d’égoïsme. Son irrationnalité l’empêche jusqu’à prendre conscience des dangers qu’ils se crée contre lui-même. Le mode d’extractivisme américain s’est généralisé (technique du criquet pélerin) et l’on est loin du système où un arbre abattu c’est un arbre replanté, un sur dix dans les faits.

L’homme a oublié qu’il faisait des petits. Quel monde laissera-t-il aux générations suivantes ? Démographie jamais vue, problèmes d’eau potable, malnutrition par manque de ressources, climats déréglés… De nombreux conflits insolubles en perspective, en réalité. Vous me direz qu’on fait déjà pas mal de choses pour sauver la planète. Je vais en dire quelques mots mais auparavant je tiens à donner un avis tout à fait personnel. Premièrement, la planète n’a pas à être sauvée car elle ne risque rien en son histoire qui est géologique et non anthropochronique ; s’il y en a un qui doit craindre pour sa vie, c’est l’humain, car il faut considérer l’humanité comme une entité qui naît, qui vit un temps en s’éduquant et qui meurt. Accepterons nous une mort prématurée et suicidaire ? Titre des journaux : « L’humanité est morte dans son berceau la Terre ». Dommage, car science et conscience devait la conduire à essaimer vers les étoiles… et elle bénéficiait d’au moins un milliard d’années pour aller à son train. Manquent l’éducation et la conscience. Deuxièmement, le temps n’est plus à l’égoïsme. Si chaque nation persiste à s’accrocher à ses intérêts propres, si chacun continue à tirer la couverture à lui, alors le pire est à redouter. Ceux qui aiment leurs enfants, c’est à dire tous les enfants de la Terre, qu’ils le prouvent.

DES ACTES ? :

J’ai déjà parlé plus-haut du programme international DIVERSITAS et de la directive européenne « HABITAT ». Précisons que la protection des ressources génétiques naturelles s’étend à plus de 4500 sites à travers le monde, soit 3,7% des terres émergées. En France, le coût de gestion et de protection du milieu est d’environ 1000 €/ha. Une loi de 1976 est stricte quant à la protection des espèces végétales comme animales. Des conservatoires botaniques (Porquerolles, Gap-Charance) et des arboretums sont mis en place. Des banques génétiques de semences diverses (cellules, sperme, ovocytes, embryons, tissus…) sont organisées et la France possède ainsi plus de 75000 échantillons génétiques agricoles (moins de 2% des échantillons mondiaux), ce qui ne doit être qu’un début pour une nation placée en tête de l’ensemble des pays agricoles. On réintroduit des espèces disparues comme le gypaète barbu ou le bouquetin dans les Alpes, le vautour fauve dans le Massif Central ou encore comme le lynx dans les Vosges. Quelques écosystèmes dégradés (herbier à posidonies de Port-Cros) sont pris en charge mais c’est trop peu. Toutes ces applications sont ponctuelles et il reste à construire les stratégies de gestion idoines et écologiquement rationnelles du territoire, ce autour d’une notion déjà vieillie de « développement durable« . Comment enrayer la destruction des habitats naturels et l’usage de doses massives de pesticides et d’engrais chimiques préjudiciables ? sinon à reconnaître que la « décroissance » peut avoir du bon en quelque domaine. Quelle doit être la juste place de l’homme dans la biosphère ? c’est à dire la sphère qui lui est propre : « l’éconosphère« .

L’ECONOSPHERE :

L’homme est-il un objet naturel ? la culture n’est-elle pas qu’une protubérance produite par la nature ? Le lien de l’homme à la biosphère s’est fait par l’entremise de son agriculture et de son industrie. L’ensemble des processus qui en découlent doit être inséré dans le schéma d’ensemble représentant la dynamique de la biosphère, afin de rendre compte des impacts typiquement anthropiques de nos activités sur la nature. De la biosphère, les hommes tirent l’énergie et les matières premières dont ils ont besoin. Ils y rejettent des quantités considérables de déchets dont peu sont enfouis dans les sédiments. Tant que la nature renouvelait les prélèvements que nous y effectuions, il y avait équilibre. La démographie et les progrès technologiques (à ne pas confondre avec la science) ont entraîné un extractivisme forcené duquel résulte un épuisement de la nature. Les matières premières essentielles au développement d’une société agréable et confortable viendront un jour à manquer à cause d’un gigantesque gaspillage. Enfin, nous ne savons plus comment traiter nos déchets qui s’accumulent puisque la biosphère ne peut plus ni les assimiler ni les recycler. Les cycles biogéochimiques dans leur ensemble risquent des perturbations préjudiciables que nous serons certainement amenés à regretter amèrement.

On ne pourra comprendre la biosphère sans y inclure les structures complexes de la société humaine. Le temps d’un cycle biogéochimique peut varier selon l’élément considéré d’une minute au million d’années. Il faut en tenir compte comme facteur limitant : les quantités sont finies et doivent être recyclées. Le flux d’énergie que nous procure le soleil peut être considérée comme à peu près constant et éternel. Il nous faut donc composer avec cette quantité tout de même limitée par l’incidence de l’atmosphère et de la terre, une partie du rayonnement solaire se perd à jamais dans l’espace.

On peut comparer le fonctionnement cyclique de la société humaine (production, distribution, consommation et gestion des biens) à celui de la biosphère. L’homme y joue à la fois le rôle de producteur et de consommateur. Le flux d’énergie, initiée par son emprunt à la biosphère sous forme animale et végétale, y circule sous forme de biens, de services et de travail. Couplé à ce flux et en sens inverse, le flux monétaire permet une mise en relation plus sophistiquée que ne peut être un système de troc car, en émancipant du temps et de l’espace, il permet des échanges à tous niveaux (Lire l’Antimanuel d’économie de Bernard Maris).

Au lieu d’être basé sur le recyclage permanent des matériaux, l’équilibre de cette machinerie humaine repose actuellement sur la construction de réservoirs dans lesquels s’entassent les produits (capital, savoir) d’un pillage planètaire effectué en règle par les pays riches. L’Economie, si elle était réellement au service de tous, devrait tenir compte des avancées cognitives faites dans le domaine de l’écologie depuis une vingtaine d’années. Une autre gestion des ressources plus solidaire et plus responsable pourrait être proposée où chacun serait comme le propriétaire du lieu commun qu’est la Terre.

Las Vegas de nuit

Voilà bien 20 ans, plus peut-être, que certaines organisations écologistes, sur la base de rapports scientifiques, alertent sur une menace sans précédent pour l’espèce humaine : celle d’un réchauffement climatique généralisé qui apportera, à terme, mort, sinon désolation. Ce changement radical paraît depuis longtemps lié aux activités humaines productrices de gaz à effet de serre, dont le plus incriminé jusque-là est le gaz carbonique ou dioxyde de carbone. Sommet de la Terre à Stockolm en 1972, Conférence de Rio en 1992, Protocole de Kyoto en 1997, Sommet de Copenhague en 2009… Combien de retard pris puisqu’il y aurait urgence ? Combien de trains ratés vers un développement plus raisonnable, plus juste, partagé ? La question écologique est-elle réellement au centre des préoccupations de nos dirigeants ? Ne devrait-on pas carrément remettre en cause la notion de profit sans limite ? Le Club de Rome avertit pourtant depuis des lustres sur nos dérives productivistes mais l’idée que le progrès était valable pour tous et ne passait que par une hyper industrialisation reste bien encrée dans la tête des hommes et des femmes politiques de toute nation. Depuis le « réveil » industriel et économique de la Chine, suivie par l’Inde, les émissions de gaz carbonique ont augmenté de 40%. Après tout, pourquoi les 3 milliards d’asiatiques n’auraient-ils pas droit à l’automobile pour tous et au must de l’électroménager mangeur d’ampères ? Les températures montent… Faut-il changer de civilisation ? 

L’EFFET DE SERRE, UNE MALEDICTION ? 

Sans donner une nième définition de « l’effet de serre » (Voir schéma ci-dessus), on peut tout simplement rappeler qu’il suffit d’avoir mis les pieds dans une serre en plein été, jour de grand soleil, pour comprendre ce qui est en train de nous arriver en plus lentement. A grande échelle, la cloche de verre qui repose sur une plante quand on veut la protéger du froid est constituée par l’atmosphère toute entière, soit un machin transparent de 40 km d’épaisseur, parsemé de nuages occultants. Pour nous terriens, l’air nous prtotège à la fois du froid glacial venu de l’espace et de la chaleur mortelle que nous procure le soleil. Alors, doit-on banir pour autant le concept d’effet de serre ? Non, évidemment non ! Pas sur Terre. Enfin, pour le moment. Pour comprendre, comparons Vénus, la Terre et Mars. 

En bas, cas de Venus ; au milieu, cas de la Terre ; en haut, cas de Mars

Vénus est située à environ 108 millions de kilomètres du soleil ; un peu trop proche pour que la vie n’y puisse apparaître. Son atmosphère, dense (90 fois la notre) et constituée à 95% de dioxyde de carbone (comme à son origine), connaît des températures avoisinant les 480°C ! Sa proximité par rapport au Soleil n’explique pas tout, c’est surtout dû à l’énorme quantité de gaz carbonique qui l’enveloppe.
Mars se situe à la limite de la zone d’habitabilité dans le Système Solaire, soit à 228 millions de kilomètres de notre étoile. Son atmosphère a été presque entièrement perdue, la gravité sur Mars étant trop faible pour en assurer la rétention. Bien que composée à 95% de gaz carbonique, elle est trop ténue (pression atmosphérique de 6 millibars) pour retenir la chaleur : en moyenne, il y fait -40°C !
Finalement, on est bien que sur terre. Des 95% de gaz carbonique dont l’atmosphère terrestre était pourvue à l’origine il n’en reste pas beaucoup, les roches ont tout « mangé » (Voir Cycle du carbone). 0,03% de gaz carbonique en 1900 ; 0,035% en 2000. C’est peu mais c’est ce qui fait que la température moyenne de notre planète est de +15°C. Sans ce gaz, bien à tord maudit, le bilan serait négatif : au alentour de -18°C en moyenne. Pour exemple, 4 à 5°C de moins et c’est la glaciation. Vive l’effet de serre, donc. 

Mais que signifie ce « en moyenne » ? Cette notion a-t-elle de l’importance ? Avant tout, on ne peut rapporter ce nombre à ceux que notre thermomètre nous indique chaque jour. Imaginez plutôt qu’on brasse l’atmosphère toute entière, c’est à dire qu’on mélange le chaud des parties tropico-équatoriales, le froid des parties pôlaires ainsi que le « moyen » des zones plus tempérées. On obtiendrait partout un air faisant environ 15°C au dessus du zéro. Pour une bactérie de l’extrême cela n’a pas une grande signification mais, pour l’ensemble du vivant, cette moyenne est cruciale pour ne pas dire vitale. La plupart des espèces dont l’homme dépend pour sa survie sont extêmement sensibles aux moindres modifications des paramètres terrestres. Quant au réchauffement climatique, si l’on a pu miser sur un scénario « optimiste », c’est à dire une augmentation globale de 1 à 2°C, déjà assez dramatique en soi, il semble aujourd’hui à peu près certain que le pire nous attend. En 2100, l’augmentation de la température moyenne dépasserait largement les 2°C. Certains envisagent même de pousser la limite à 7°C. Autant dire que le nombre de survivants sera faible. 

QUAND L’EFFET DE SERRE NOUS MENACE 

Allons pour 2°C seulement, scénario probable. Cela paraît peu, en fait peut-être rêver certains, mais les conséquences prévues seront catastrophiques sur bien des plans. Selon le rapport Stern, remis au gouvernement britannique en 2006, le réchauffement climatique pourrait déjà coûter plus d’un demi milliard de milliards d’euros à l’économie mondiale dans les années à venir. Or, les services rendus par les écosystèmes à l’humanité sont évalués à près de 5000 € par personne (humanité entière) et par an. Nos économies ne résisteraient pas à une dégradation massive des écosystèmes.
 

Sur le plan écologique, les conséquences seront innombrables. Pour donner une image, ma Normandie de 2100 ressemblera aux environs d’Alger et le sud de la France sera quasiment transformé en savane désertique. Plus sérieusement, le nombre de tempêtes risquent de croître (rien n’est certain) et leur puissance sera plus dévastatrice comme à New-Orleans (Nouvelle-Orléans). Le niveau des mers augmentera de quelques décimètres (1 à 2 m selon les estimations). Suffisamment pour devoir déplacer trois centaines de millions d’êtres humains habitant actuellement sur les littoraux ou des îles. Des villes comme Paris ou Londres n’y échapperont pas et que dire de la Hollande… Notre atout, c’est notre richesse économique. L’érosion littorale sera aggravée. La raison à cette remontée du niveau des mers n’est pas seulement due à la fonte des glaciers continentaux mais aussi au réchauffement de la surface des océans. Les mers se dilatent sous le coup de la chaleur. Evoquons au passage la problématique posée par les réfugiers climatiques qui n’ont aucun statut juridique particulier. Qui acceptera de les recevoir ? sous quelle modalités ? Quelle sera leur nationalité ? etc. 

On pourrait citer aussi le dérèglement des moussons, provoqué par le réchauffement, les caprices d’El Niño quand il apporte sécheresse ici ou déluge là et, bien que ces phénomènes soient encore mal connus, on leur attribue déjà 300000 morts par an et le nombre ne cessera d’augmenter : cette année (2009), on annonce 500000 décés causés par la crise écologique commençante.. 

DES GAZ DITS A EFFET DE SERRE 

Le gaz carbonique que nos activités engendrent a plusieurs sources. En premiers viennent les transports pour lesquels on peut trouver des solutions partielles. En effet, le pic du pétrole étant atteint, il nous faudrait rapidement réserver ce qui reste aux transports lourds (camions, avions et bâteaux). Des réserves il y en a mais la demande telle qu’elle évolue actuellement ne sera pas satisfaite et le prix du baril ne cessera d’augmenter. Voyager deviendra un luxe. Viennent ensuite les ménages et l’industrie qui est à leur service. A nous d’économiser l’énergie en l’utilisant avec modération, pour ne pas dire avec partimonie, et de maîtriser notre consommation de boulimiques matérialistes. Les « négawatts » représentent un gisement énergétique considérable. 

Gaz à effet de serre

Autre gaz à effet de serre et non des moindres, le méthane, prisonnier des fonds marins gelés ainsi que des pergélisols (= permafrost) des régions arctiques, est de plus en plus libéré avec la fonte que subissent ces derniers, liée au réchauffement général. Cercle vicieux quand on sait que le méthane intensifie 20 fois plus l’effet de serre que notre gaz carbonique ne le fait déjà. Ce gaz est produit, par ailleurs, par la fermentation dans les marais, dans les décharges d’ordures, les rizières innondées et… par le processus de digestion des ruminants, bovins en particulier. Au passage, l’empreinte carbone d’une viande rouge est catastrophique et l’on pourrait s’en passer. 

Les gaz à effet de serre sont plus nombreux qu’on ne le croit et leur concentration dans l’atmosphère croît chaque année. L’oxyde nitreux (2 fois plus puissant que le gaz carbonique) est produit par l’action des bactéries du sol sur les engrais azotés. Quant aux CFC (chlorofluorures de carbone ou halocarbures), en plus de s’attaquer à la couche d’ozone, ils sont mille fois plus puissants que le gaz carbonique ! 

EFFETS REGULATEURS ? 

On me dira que des changements climatiques il y en a eu dans le passé géologique de la planète et qu’il n’y a pas de quoi s’affoler ; qu’il existe autant de systèmes régulateurs naturels tels les « puits de carbone« . Cela est vrai à quelque chose près : premièrement, cela se passait sur des temps géologiques. Il y avait un laps de temps suffisamment ample pour permettre une adaptation générale des écosystèmes ; deuxièmement, la Terre n’a jamais porté 6,5 milliards d’individus par le passé ; troisièmement, les teneurs en gaz carbonique dans l’atmosphère des 500000 dernières années n’ont jamais dépassé les 0,3% (300 ppm) . Ce qui reste certain, c’ est la corrélation entre augmentation du taux de gaz carbonique atmosphérique et réchauffement climatique. Ce qui se passait sur 20000 ans, l’ère industrielle l’a fait en moins de deux siècles. 

DES PUITS DE CARBONE ? 

L’océan et son plancton absorbent de grandes quantités de gaz carbonique (2 milliards de tonnes par an) dont une partie (200 millions de tonnes par an) finira par sédimenter sous forme de calcaire au fonds des océans, l’autre restant dissoute dans l’eau. Cela freine naturellement l’emballement du cycle du carbone, lié à nos activités. Cependant, le phénomène d’absorption du gaz carbonique par les océans est lent : les courants marins mettent de 500 à 1000 ans pour renouveler les eaux profondes à partir des eaux de surface. D’autres part, le plancton ne saurait supporter une augmentation trop importante et surtout trop rapide de la température moyenne des mers. Par ailleurs, les courants marins, responsables de cette sédimentation, seront affectés par la fonte de la banquise au point que la formation des sédiments ne se fera plus, l’océan ne pouvant plus jouer, au final, son rôle de « puit de carbone ». 

De même pour les forêts considérées pareillement comme « puits de carbone » efficaces. La déforestation (1,7 milliards de tonnes de gaz carbonique par an = 1/3 de la superficie de la France brûlée chaque année) pour l’usage agricole des sols et l’urbanisation réduisent encore le rôle compensatoire de la biosphère. Le phénomène est également accentué par la désertification liée au réchauffement climatique. Les incendies de forêts ne sont pas de reste ; l’augmentation des températures réduit l’humidité dans les sous-bois, ce qui facilite leur propagation. Reboiser n’est qu’une solution temporaire, à moins de stocker tout le bois produit par la photosynthèse et reboiser à l’infini. Mais le stress subit par les végétaux en raison du réchauffement ainsi que la prolifération de parasites devraient faire passer les forêts du rôle de capteur de carbone à celui d’émetteur. 

L’HOMME EST-IL SEUL RESPONSABLE ET QUE PEUT-IL FAIRE ? 

Le volcanisme rejette une grande quantité de gaz carbonique dans l’air mais on peut considérer les êtres humains comme responsables d’un rejet excessif de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. La part des cycles solaires ne doit pas non plus être négligeable. Tous les hommes ne sont pas logés à la même enseigne : 25% des habitants de la planète (les plus riches) émettent 75% des gaz à effet de serre. Le progrès doit conduire légitimement 1/3 des habitants les plus mal lotis à un confort minimum. Leurs émissions de gaz carbonique augmentera inéluctablement et ce n’est que justice. La démographie de la planète est telle qu’on comptera au moins 1 à 2 milliards de plus d’individus vers 2050. Quand bien même nous diminuerions par deux nos rejets occidentaux, le compte n’y serait pas : la température devrait encore monter sans qu’on n’y puisse rien faire. Enfin, pour l’instant car nos savants cherchent des solutions et, comme l’a dit Scott Adams, « Pour créer un marché il faut inventer un problème, puis trouver sa solution. » Le capitalisme a du pain sur la planche. Vive l’économie verte. 

Il serait honnête de dire que les solutions en vogue ou en vue en termes d’énergétique posent des problèmes d’éthique (agrocarburants « alimentaires »), de limitation de production (algocarburants, biomasse), de régularité dans les rendements (énergie solaire, éolienne) ou encore de stockage de déchet hautement dangereux (nucléaire). Chaque concept doit pourtant trouver sa place mais rien ne saura remplacer dans l’immédiat le pétrole et tous les avantages qu’il apporte. Pour exemple de ce qui ferait le plus défaut à l’humanité de demain, si elle ne réagissait pas immédiatement, je citerai les matières plastiques (4% du pétrole produit) et les médicaments (>4%). Il faudra aussi se passer des cosmétiques. 

Doit-on alors rester sans rien faire ? sans rien changer ? Non, si l’on fait un pari à la Pascal. Si l’on ne fait rien, la fin de l’humanité approche à grandes enjambées de manière certaine. Si l’on tente une conversion de notre civilisation, on se donne quelques chances de s’en relever. Nous n’avons plus rien à perdre et le monde s’organise déjà. Du village à la région, de l’état aux Nations unies, des changements s’opèrent. Modes de consommation, de transport, rationalisation de l’usage de l’énergie, construction de maisons passives ou amélioration des anciennes. Tous ne sont pas d’accord mais le rôle régulateur « anti-gaspi » des écotaxes  ou des « pollutaxes » n’est pas à négliger. Peu importe comment, il faudra diminuer nos émission de gaz carbonique par 2 en 40 ans ; la bataille est internationale ; le temps est compté. La ratification du protocole Kyoto 2 débutera, au mieux, en 2011 et son application ne devrait pas se faire avant janvier 2013. 

Pour terminer, les nuages, la pollution atmosphérique et les trainées de condensation des avions à réaction provoquent un phénomène étudié depuis le 11 septembre 2001 (on s’en est aperçu alors que les avions étaient absents durablement du ciel américain) et nommé « effet d’obscursissement« . Celui-ci atténuerait le problème du réchauffement climatique en renvoyant une partie du rayonnement solaire dans l’espace et l’on voit bien la limite des raisonnements humains : ne devrait-on pas augmenter la pollution atmosphérique par nos rejets de fumées en les rendant juste un peu moins cancérogènes ?

Lorsqu’on voyage dans une capsule en orbite autour de la Terre, celle-ci paraît toutes bleue tant l’eau y est présente ; 4/5ème du globe est recouvert d’eau et sa quantité totale est évaluée à environ 1400 millions de km³. L’eau est un élément indispensable à la vie sur la planète ; de plus, elle doit être présente sous forme liquide. Sur la Terre, elle présente ses trois formes physiques naturelles, solide, liquide et gazeuse (ne pas confondre vapeur d’eau et eau gazeuse du commerce !). Sur Venus, trop proche du soleil, la vapeur d’eau ne peut pas se condenser en eau liquide et, sur Mars trop éloignée, elle ne peut pas fondre.

Malheureusement, la majeure partie de cet élément essentiel est salée ou non potable. 97,40 % se trouve dans les mers et les océans alors que seulement 2,60 % est douce, sans être pour autant potable ou accessible (glace). L’eau est donc extrêmement précieuse malgré son abondance.

Les animaux sont constitués à plus de 70 % d’eau, les végétaux herbacés à plus de 85 %. Comme dans le cas du carbone (Lire Flux et cycles dans la biosphère : cas du carbone), l’eau circule constamment, traversant inlassablement les formes de vie qui se succèdent et décrivant un cycle qui dépendra entièrement du soleil. 

Le dispositif du cycle de l’eau peut être comparé à une machine à vapeur :

- le soleil en est le foyer,

- les océans et les continents en composent la chaudière,

- les couches supérieures froides atmosphériques fonctionnent comme un condensateur.

Le soleil chauffe les eaux du globe, qui s’évaporent en partie avant de se refroidir dans la haute atmosphère et de retomber sous les formes variées des précipitations. Tout dépendra donc de l’intensité du soleil, des températures, de la latitude et de l’altitude.
Malgré un rendement faible -le cycle de l’eau n’utilisant qu’une faible partie de l’énergie fournie par le soleil, le travail accompli est phénoménal : la machine thermique fait la pluie et le beau temps, régit les climats, oriente les courants marins, érode en la sculptant la peau de la Terre, permet la vie extraordinaire des deltas et assure tout bonnement le maintien de la vie sur Terre.
C’est au dessus des océans que le transfert d’eau à l’atmosphère est le plus grand : 450000 km³ d‘eau liquide passe à l‘état de vapeur. L’atmosphère ne pouvant contenir, dans les conditions actuelles, que 13000 km³, cette vapeur retombera presque entièrement sous forme de pluie dans l’océan (410000 km³) ou sur les continents (40000 km³).
Cependant, le cycle se produit également au dessus des continents avec, d’une part, l’évaporation des eaux libres (lacs, cours d’eau…) et, d’autre part, l’évapotranspiration terrestre (animaux, végétaux et sol) ; ce sont ainsi 71000 km³ qui rejoignent les 40000 venant de l’océan par l’atmosphère. Au total, 111000 km³ retombent sur les terres sous forme de pluie, de neige, de grêle… Mais tous les hommes ne sont pas logés à la même enseigne !

Selon la nature du sous-sol, l’eau s’enfonce en profondeur tant qu’elle ne rencontre pas d’obstacles. La stratification géologique importe donc.
En région à substratum calcaire, l’eau s’infiltre dans les fissures de la roche qu’elle attaque d’autant plus qu’elle est froide pour y former des réseaux karstiques. La gestion de l’eau importe beaucoup car elle abonde peu en surface, ce qui la rend d’autant plus fragile face aux pollutions agricoles, domestiques et industrielles.

 
Lorsqu’elle rencontre un obstacle telle une couche marneuse ou argileuse, l’eau stagne pour former des aquifères et des nappes phréatiques. Cette réserve dépend totalement de la pluviométrie et les années de sécheresse nous ont enseigné qu’elle n’est pas inépuisable et que sa vulnérabilité aux pollutions est grande.

Dans les régions à substratum granitique ou gneissique, les eaux de précipitation ne s’infiltrent pas mais ruissellent en surface, passant des rivières ou des fleuves à l‘océan. On y trouve peu d’aquifères naturels et la gestion de l‘eau peut poser quelques problèmes, notamment en cas de pollution.

Toujours est-il que l’ensemble des sources d’eau potable est pollué par les nitrates, les phosphates, les hormones, les antibiotiques, les pesticides, les PCB, les métaux lourds, les bactéries fécales… Une eau ne pouvant plus assurer naturellement (grâce aux végétaux et à ses bactéries aérobies comme anaérobies) son autoépuration est dite eutrophisée, voire dystrophe, avant la mort dans le pire des cas.

La concentration urbaine aggrave les problèmes de l’épuisement et des pollutions aquatiques que posent déjà notre manière générale de consommer : l’agriculture et l’agro-alimentaire, l’industrie et les centrales électriques, sont fortes utilisatrices d’eau (25 litres sont nécessaires à la fabrication d’un litre de bière, 40000 l pour faire 10 grammes d’antibiotique…) et ne restituent jamais une eau totalement propre.

La France est passée d’une consommation de 1000 km³ d’eau par an à plus de 5000 aujourd’hui.

L’occidental consomme en moyenne 100 fois plus d’eau qu’un Ghanéen ! et moins de 5 % de notre eau entre dans un usage purement alimentaire. La majeure partie des eaux domestiques est polluée ; l’industrie, même aux normes, fait des dégats environnementaux considérables et l’agriculture n’est pas en reste. Un bain dépense 10 à 20 fois plus d’eau qu’une douche et nos comportements relèvent non plus de l’insouciance mais de l’inconscience. De plus, un niveau de vie élevé est ravageur pour le cycle de l’eau et sa capacité d’autoépuration.
Nous verrons que cycle de l’eau et cycle de l’azote sont interdépendants, ce qui est phénomène banal dans la biosphère.

L’eau est un solvant universel doué de propriétés chimiques exceptionnelles. La molécule d’eau est une des plus stables de la biosphère, ce qui, dans l’univers, paraît totalement « anormal »

- l’eau se dilate en se solidifiant en glace (à 0°C) contrairement à tous les autres corps qui se contractent à la solidification ; de fait, la glace flotte contrairement aux autres corps, sa densité ayant baissé ; si la molécule d’eau suivait les règles de normalité de l’univers, l’eau devrait se solidifier à 100°C au dessous du zéro !

- de même, l’eau entre en ébullition à 100°C, au lieu de -91°C si elle se comportait « normalement* » (c’est à dire si elle respectait les règles théoriques de la physique) et sa densité baisse au maximum, alors qu’à 4°C elle est la plus forte (pour remonter à 0°C) ; de fait, les eaux froides s’enfoncent sous l’océan, ce qui entraîne les courants marins généraux.

*Ce « normalement » entraînerait sa disparition définitive sous les formes qui permettent la vie sur terre ;

- l’eau (H₂O) est un dipôle électrique (O^2- et 2H⁺) qui se comporte comme un micro-aimant avec les autres molécules, ce qui en fait un solvant assez extraordinaire ; en l’occurrence, elle peut dissoudre une grand quantité d’oxygène.

- le potentiel Hydrogène (pH qui mesure l’acidité) de l’eau voisine le degré 7, on la dit de ce fait neutre, c’est à dire ni acide ni alcaline (ou basique) ;

- la vapeur d’eau régule et adoucit le climat, elle le tempère sous nos latitudes ;

- la molécule d’eau, bien que dépourvue de potentiel énergétique chimique, permet de fournir de l’énergie de gravité (grâce à l’évaporation due au soleil et à la condensation dans la haute atmosphère) dans les centrales hydrauliques ou barrages fluviaux.

Pour finir, l’eau entre dans tous les processus biochimiques rencontrés chez l’ensemble des êtres vivants et c’est parce que l’eau est transparente que la vie sur terre a pu débuter dans les océans primitifs.

LE CYCLE DE L’AZOTE

L’air atmosphérique est constitué par plus de 78% d’azote moléculaire (diazote = N₂ sous forme gazeuse), Vient ensuite le dioxygène (21%).

Dans le cycle de l’azote, ce n’est pas cette forme, ou si peu (1), qui traverse les vivants. L’atome d’azote a d’ailleurs été longtemps négligé car il n’entre pas dans la plupart des réactions biochimiques générales comme la photosynthèse et la respiration ; par ailleurs, l‘étymologie a-zote signifie « privé de vie ». Il est néanmoins indispensable tant pour ce qui est de notre constitution structurelle organique (acides aminés et protéines) que pour ce qui touche à la reproduction (histones, hormones, ADN…) ou au fonctionnement général des organismes.

Malgré la discrétion de cet élément, le cycle de l’azote paraît tout aussi important que ceux du carbone et de l’eau. Je dirais qu’il est plus complexe, c’est pourquoi je n’en parle qu’en troisième lieu et en simplifiant à outrance. Comme le carbone, c’est à la fois un élément de structure et de fonctionnement et c’est un substrat alimentaire.

Cas de l’azote moléculaire :

(1) L’azote atmosphérique (N₂) entre de deux façons dans le cycle biosphérique mais le phénomène est secondaire par rapport aux autres branches du circuit :

- l’azote moléculaire est en faible part transformé en azote nitrique (NO₂ / NO₃) par mécanisme électrochimique lors d’orages à éclairs, ou par phénomène photochimique sous l’influence des ultraviolets (UV) solaires : c’est l’entrée par voie abiotique (sans les vivants) qui apporte au sol environ 10 kg/ha/an ;

- mais N₂ entre aussi par la voie biotique (grâce à l’activités des microorganismes) :

* Les bactéries libres, qu’elles soient du milieu terrestre (Azotobacter, Clostridium…) ou aquatiques (cyanobactéries), peuvent produirent jusqu’à 25 kg/ha/an d’azote nitrique assimilable par les végétaux (algues, herbacées, arbres…),

* Les bactéries et les champignons vivant en symbiose (2) avec les végétaux au niveau des racines (Rhyzobium / légumineuses, actinomycètes / Aulne…) apportent, après transformation de N₂, 500 kg/ha/an d’azote nitrique au sol.

(2) La symbiose entre des individus biologiquement très différents permet des échanges à effets bénéfiques pour chaque symbionte : les bactéries apportent l’azote organique au végétal qui leur fournit « en échange » des sucres et d’autres substances que les bactéries ne savent pas synthétiser.
Pendant longtemps on a cru que seules les légumineuses (pois, haricot, soja, luzerne, trèfle…) pouvaient vivre en symbiose bactérienne pour l’azote. Il s’avère que bien d’autres plantes cultivées pour l’alimentation humaine ont ce pouvoir (certaines variétés de blé, de maïs, de sorgho, de riz…). L’industrie agro-alimentaire cherche depuis des décennies le moyen d’isoler le gène bactérien responsable de la fixation d’azote atmosphérique N₂ afin de les « greffer » directement à l’intérieur du génome (ADN) des plantes cultivées (=> OGM). Ce type d’organisme génétiquement modifié, appliqué à l’ensemble des cultures de céréales, éviterait de déverser dans la nature une bonne cinquantaine de millions de tonnes de nitrates de synthèse (engrais) et nous permettrait une économie d’environ 16 milliards d’euros.

C’est donc essentiellement sous sa forme minérale nitrifiée que l’azote entre et sort des circuits de la vie, très peu sous forme de gaz N₂ directement.
Tous ces microorganismes pourvoient pour une petite partie au fonctionnement du cycle en l‘alimentant en nitrates (NO₃^- = nutrition azotée préférée du végétal).

La décomposition de la matière organique et la production d’azote minéral :

Le cycle de l’azote présente une autre particularité et non des moindres : les structures organiques complexes (acides aminés, protéines, protides…) constituant les êtres vivants sont démantelées, après leur mort, par des microorganismes du sol spécialisés dans la minéralisation de la matière organique (décomposeurs).
Dans un premier temps, ces structures sont transformées et simplifiées en ions ammonium (NH₄⁺) et nitrates (NO₃^-), eux-mêmes incorporés à l’humus (humification due à des bactéries et des champignons) qui est une réserve de nutriments pour les plantes. Les végétaux interceptent une partie des ions azotés.
Dans un second temps et en fonction de la saison, cet humus est re-minéralisé, par de nouvelles bactéries du sol, en azote nitrique assimilable par la végétation ; les animaux consommeront ces végétaux et le cycle ne s‘arrête jamais… le même phénomène se produisant dans les océans.
Cette partie du cycle est de loin la plus importante et une stérilisation, même partielle, de la microflore du sol peut avoir de graves conséquences pour le fonctionnement des écosystèmes. C’est donc le maillon faible du cycle de l’azote.

Dans les milieux aquatiques de haute altitude ou nordiques, la décomposition de la matière organique est ralentie par certains facteurs limitants (le froid essentiellement). Lorsqu‘ils n‘ont pas subit l’influence de l’homme, ces milieux, pauvres tant en azote nitrique qu‘en sources carbonées, ne parviennent pas à produire de grandes quantités de biomasse. On les dit oligotrophes. L’adaptation à ces milieux de l’extrême a conduit certaines espèces végétales à développer des stratégies originales : elles sont devenues carnivores. Piégeant de différentes façons les animalcules qui les approchent d’un peu trop près, ces plantes spécialisées les digèrent à l’aide de sucs agressifs afin de combler leurs besoins en azote.

Les pollutions aux nitrates (ammonitrates), dues aux activités agricoles – en plus de spolier les eaux de surface et les aquifères, dérèglent le cycle de l’azote qui s’emballe en produisant nombre d’algues envahissantes devenant toxiques en se décomposant (cas actuel de l‘Ulva lactuca et de l‘hydrogène sulfuré).
2 millions en trop de tonnes de nitrates sont apportés aux cultures, nitrates que l’on retrouve dans les eaux de consommation alimentaire.
Chez les nourrissons, les nitrates absorbés sont transformés par la flore intestinale en nitrites qui se combinent à l’hémoglobine, pouvant entraîner la mort par asphyxie.
Chez l’adulte, il semblerait que la formation de nitrosamines est cancérigène.

LE CYCLE DE L’OXYGENE

L’atmosphère primitive ne contenait pour ainsi dire pas d’oxygène (lire L’évolution de la vie). Produit en partie par décomposition des molécules d’eau sous l’effet du rayonnement solaire mais, surtout, grâce aux premiers microorganismes doués de photosynthèse, ce gaz a été d’abord dissous dans l’eau des mers puis immédiatement lié à d’autres corps (oxydation des métaux notamment). Ce n’est que récemment (500 à 600 millions d’années), finalement, que l’atmosphère, réductrice (dépourvu d’oxygène actif), a pu se faire oxydante. Aujourd’hui, c’est l’ensemble des êtres vivants qui dépendent, pour leur survie, de la photosynthèse, de loin la plus grosse productrice d’oxygène – qui n’est qu’un déchêt de cette noble réaction en réalité (lire  Flux et cycles dans la biosphère : cas du carbone).

Les premiers êtres vivants (bactéries primitives) ne respiraient pas comme nous, ils pratiquaient leur respiration par fermentation pour puiser leur énergie (ATP) dans le milieu. La fermentation se passe d’oxygène (= respiration anaérobie) mais son rendement énergétique est nettement plus faible qu’avec la respiration aérobie.

Je rappelle que la respiration, en présence d’oxygène, permet de « brûler » les sucres fabriqués par la photosynthèse (lire Flux et cycles dans la biosphère : cas du carbone). C’est une combustion froide qui se passe dans les mitochondries des cellules végétales et animales. La respiration produit du gaz carbonique qui est repris par la photosynthèse. Ces deux processus complémentaires régissent toute l’organisation de la vie sur terre.

Un phénomène indispensable à l’extension de la vie terrestre et aérienne s’est également produit à la suite de l’augmentation progressive de la concentration en oxygène : l’oxygène (O₂) se transforme en ozone (O₃) sous l’effet des rayonnements UV du soleil. Vers 30 km d’altitude, dans la stratosphère, une couche d’ozone s’est installée qui nous protège des rayons solaires nocifs et mortels. Si cette couche fine venait à disparaître, la vie ne pourrait plus avoir bien lieu que dans les mers ; l’homme en serait le premiers touché.

Les deux principaux réservoirs d’oxygène sont l’atmosphère (270 mg/l) et l’hydrosphère (14 mg/l). Peu soluble dans l’eau, l’oxygène sera un facteur limitant pour le métabolisme en vie aquatique ; plus la température de l’eau s’élève, moins elle contient d’oxygène.
Gaz biogène (qui génère la vie) comme le dioxyde de carbone (gaz carbonique), l’oxygène est produit essentiellement par les végétaux chlorophylliens terrestres et marins. Lorsque nous détruisons une forêt pour y installer des cultures vivrières, nous faisons baisser le taux d’oxygène de l’air et augmenter celui du gaz carbonique, principale cause de l’emballement thermique appelé « effet de serre ».