Ex.2 Biomes et écosystèmes aquatiques

Question 1

Quels sont les écoservices aquatiques où l’ont peut tirer un revenu et où des emplois y sont associés ?

Answer 1

Pêche et aquaculture (source de prots)
Hydroélectricité, marée (énergie)
Loisirs

Question 2

Quels sont les facteurs qui structurent les écosystèmes aquatiques ?

Answer 2

Propriétés physiques de l'eau
Solubilité des gaz vitaux
Atténuation de la lumière
Vents dominants
Latitude

Question 3

Propriétés physiques de l’eau

Explication solubilité de l’oxygène

Explication solubilité du CO2

Answer 3

L’eau conduit la chaleur 24 fois plus efficacement que l’air (organismes marins ectothermes)

Il faut 5 fois plus d’énergie pour élever la température de l’eau à 1 C que l’air

L’eau requiert beaucoup d’énergie supplémentaire pour passer de solide à liquide (fusion) et de liquide à vapeur (vaporisation)

La solubilité d’O2 varie inversement avec la température

Hypoxie –> pas assez d’O2
Anoxie –> Manque d’O2

Le CO2 est 23 fois plus soluble que l’O2 dans l’eau

La solubilité du CO2 varie inversement avec la température

S’il y a un ajout de CO2 causé par la diffusion (atmosphère), la baisse de la température, augmentation de la respiration/décomposition

Le pH va diminuer ce qui cause une acidification

Le système compense partiellement la diminution du pH en formant du bicarbonate à l’aide des réserves de carbonate (EFFET TAMPON)

Question 4

Que cause l’ajout de CO2 dans l’eau ?

Answer 4

le pH diminue

Question 5

Comment se propage le son dans l’eau ?

Answer 5

Le son se propage environ 4.5 fois plus vite (1.5 km/s) dans l’eau
que dans l’air

Comme la lumière est limitée à la couche supérieure de l’eau,
certains mammifères marins qui se déplacent rapidement utilisent
le son (écholocation ou biosonar) davantage que la vue

Question 6

Mécanoréception ?

Answer 6

Perception des mouvements de l’eau pour attraper une proie, localiser un courant, éviter un prédateur ou une collision

Question 7

Les conséquences de la densité de l’eau pure

Answer 7

Conséquences

 L’eau chaude « flotte » sur l’eau froide (comme l’huile sur l’eau)
 L’eau froide a tendance à couler en déplaçant l’eau chaude
 La glace flotte sur l’eau (isolation)

Question 8

La stratification thermique dans un lac

Thermocline ?

Answer 8

Épilimnion (densité -)
Métalimnion
Hypolimnion
(densité +)

 La thermocline agit comme une barrière physique
et limite les échanges de gaz et de nutriments

Question 9

Cycle de la chlorophylle et des nutriments dans l’épilimnion

Answer 9

diapo 12

Question 10

Effet du phosphore sur la productivité d’un lac et les cyanobactéries

Answer 10

Plus il y a de phosphore, plus il y a de phytoplancton

Question 11

Importance du rapport azote:phosphate

Answer 11

Sources terrestres «normales»: les nutriments sont introduits dans les tributaires ou directement dans le lac par ruissellement et illuviation

• Les terres arables et la forêt confèrent à l’eau des rapports N:P élevés
  (> 30) car le sol retient moins bien le nitrate (lessivage) que le phosphore

Agglomération urbaine, pâturage ou élevage intensif d’animaux de
boucherie:

• Les déchets humains et animaux sont beaucoup plus riches
  en phosphore qu’en azote, conférant un rapport N:P faible (< 10) à l’eau

La majorité des espèces “utiles” de phytoplancton requièrent un
rapport N:P de 16

o Lorsque N:P est > 30, le P est épuisé en premier dans l’épilimnion
 Comme toutes les algues ont besoin de P, la photosynthèse s’arrête
 La productivité des lacs intacts est limitée en P
oLorsque N:P est < 10, le N est épuisé en premier dans l’épilimnion
 La photosynthèse s’arrête pour la plupart des algues, mais pas pour
les cyanobactéries, qui peuvent fixer l’azote gazeux de l’atmosphère

Question 12

Cycle de l’O2 dans un lac tempéré

Answer 12

diapo 16

1. Lac oligotrophique = peu de nutriments, PP faible, légère hypoxie
2. Lac eutrophique = riches en nutriments, PP forte, anoxie possible

Consommation d’O2
par la respiration et la
décomposition

Question 13

L’anoxie en milieu marin côtier

Answer 13

Charge sédimentaire = excès de matière organique

Comme la production primaire à la base
de cette matière organique n'est que
partiellement locale, la consommation
d'O2 par décomposition n'est pas
compensée par la production
photosynthétique d'O2

Décomposition = déficit net d’O2

 Les déserts anoxiques
- Mortalité massive des
organismes peu mobiles
ou vivant sur le fond
(ex: moules, crustacés)
- Émigration des autres
organismes
- Le déboisement et
l'érosion des sols produit
le même résultat dans les
rivières et fleuves
tropicaux (ex: Amazone)

Question 14

Algues toxiques & nuisibles

Answer 14

1. Toxiques
    Production active de substances toxiques pour d’autres organismes
   (ex. humain)
    Généralement causées par les dinoflagellés (vs cyanobactéries)
    Les mollusques agissent souvent comme vecteurs

Les algues toxiques se répandent partout dans le monde
Intoxication Paralysante par les mollusques (IPM)
 Le mollusque acquière les toxines du dinoflagellé
 Symptômes: picotements, engourdissement, arrêt respiratoire

2. Nuisibles
    Résultent souvent de la production de fortes biomasses
   (causes naturelles ou anthropiques)
    Effets négatifs causés par la structure, la texture, l’apparence ou
   l’odeur des algues
    Les cas sévères causent l’anoxie ou l’asphyxie directe

Effets directs: exemple de Phaeocystis
 Très fréquent dans l’hémisphère nord, surtout
dans l’Atlantique (problème sérieux en Mer du
Nord)
 Dégradation du littoral, effets négatifs sur
l’écosystème et le tourisme (odeurs)
 Colonies peu accessibles pour le zooplancton,
car elles flottent en surface où les bactéries les
décomposent
 Effondrement temporaire du réseau alimentaire
 Colmate les filets de pêche

Effets indirects sur les autres organismes
 Bloquent la lumière nécessaire aux plantes submergées (Varech)
 La plupart de ces algues sont “évitées” par le zooplancton et sont
décomposées par les bactéries (déficit d’oxygène)
 Mortalité massive de poissons et crustacés commerciaux surtout
reliée à l’anoxie, mais aussi à l’effondrement du réseau alimentaire

Question 15

Le sel dans les océans

Les variations en salinité en surface sont dues à quoi ?

Answer 15

Six constituants majeurs comptent
pour 99,3% des sels de mer
Les principaux sont le chlore (Cl-) et le sodium (Na+)

• apport d’eau douce (fleuve)
• précipitations
• évaporation
• glace: formation et fonte

 La densité augmente lorsque la température diminue
 La densité augmente lorsque la salinité augmente
 La salinité a une très forte influence sur la densité

Question 16

Les grands courants océaniques

La circulation induite par le vent

Force de Coriolis

Answer 16

• La force du vent entraîne le déplacement de la
couche supérieure de l’océan
• Les couches d’eau sous-jacentes offrent une
résistance (friction) et l’effet du vent s’atténue puis
disparaît avec la profondeur
• La direction du courant qui en résulte n’est pas la
même que celle du vent, elle est influencée aussi
par la rotation de la terre
• Dans certaines conditions les mouvements d’eau
horizontaux entraînent des mouvements verticaux
qui complémentent la circulation thermohaline

La direction du courant résultant est à 90°:
à droite du vent dans l’hémisphère nord

à gauche du vent dans l’hémisphère sud
(si le relief du fond n’intervient pas)

Question 17

Les grandes zones de vent

Answer 17

1. Vents alizés (trade winds, vents d’est) (droite vers gauche) (USA, amérique centrale et grand partie amérique sud, Afrique, Asie, Australie
2. Vents d’ouest (westerlies) (gauche droite) (le reste)

Diapo 31

Question 18

Le plus grand courant marin

Answer 18

Gyre

Le plus grand dépotoir global (« 7ème continent »):

• déchets divers
• plastiques non bio-dégradables

Question 19

Les animaux utilisent les courants océaniques exemple

Answer 19

La population de la tortue caouanne (loggerhead)

 La population du Pacifique Nord effectue de très longues migrations
entre les aires de ponte (plages du Japon) et les aires d’alimentation
principales (côtes de Californie)
 Elles utilisent les courants de la gyre nord pacifique pour
économiser leur énergie

Question 20

Les 3 grands biomes océaniques

Answer 20

1. Biome des vents Alizés
2. Biome des vents d’ouest
3. Biome polaire

Question 21

Cycle annuel des nutriments

Answer 21

Les nutriments augmentent en hiver et au printemps et sont consommés en été et en automne

Question 22

Le biome des alizés

Les récifs de corail

Answer 22

• Connu aussi sous le nom d’océan tropical (45% de l’Océan)
• Ensoleillement illimité toute l’année
• Zone de mélange stable et stratification thermique permanente
• Productivité généralement faible (peu de nutriments en surface)
• Réseau alimentaire complexe et de faible efficacité
• Plus grande réserve de biodiversité marine (surtout poissons)

• Réseau alimentaire type du biome des alizés (au large)
Pico et nano
phytoplancton
- (flagellés, cyanobactéries)
- microzooplancton
(protozoaires)
- macrozooplancton
(copépodes)
- mégazooplancton
(chétognathes)
- Poissons zooplanctivores
- Prédateurs piscivores
(thon, calmar)

 Basé sur phytoplancton très petit = nanoplancton (tailles : ~ μm)
 6 maillons alimentaires en moyenne
< 0.01% de la PPN atteint les petits poissons zooplanctivores

Coraux:
 Source de protéines pour l’économie locale
 Nourricerie pour les poissons juvéniles
 Protègent les côtes de l’érosion (vagues)
 Tourisme, récréation et emplois associés
 Médicaments (cancer, antibiotiques, antiviraux)
 Matériau de construction (e.g. Maldives)

Question 23

Les récifs coraliens en général et les constructeurs de récif

Answer 23

Les coraux sont des animaux invertébrés carnivores (se nourrissent de zooplancton, petits poissons) apparentés à la méduse

• Les Zooxanthelles (dinoflagellés symbiotiques)

 Algue unicellulaire pouvant vivre en
symbiose avec un polype (ou certains
mollusques et méduses)
 Le dinoflagellé procure de la matière
organique et de l'O2 au polype tandis que
ce dernier procure des nutriments et du
CO2 au dinoflagellé

• Les constructeurs de récif
   Tous les coraux ne sont pas des constructeurs de récifs, seuls
  quelques groupes synthétisent le carbonate de calcium

 L’ordre des scleractiniens (coraux rocheux) inclut la plupart des
espèces responsables de la formation des récifs de coraux
- Tous sécrètent un squelette de carbonate de calcium
- Presque tous possèdent des zooxanthelles

Question 24

L’habitat des récifs de corail

Answer 24

 Support dur (roche ou substrat artificiel – épave etc.)
 Salinité supérieure à 30 ‰
 Eaux très claires (faible atténuation de la lumière)
 il ne doit pas y avoir beaucoup de particules (phytoplancton, sédiment)
près de la surface
 Faible profondeur (max. 50 m) pour que la lumière soit suffisamment
abondante pour la photosynthèse des dinoflagellés symbiotiques
 Croissance et reproduction possibles seulement lorsque la température
de l’eau est supérieure à 20oC
 En général, les températures de croissance optimales sont proches
des températures létales
 La limite supérieure de température varie entre 30 et 35 oC selon le type
de corail

Question 25

Le réseau alimentaire du réseau-alimentaire (indo-pacifique)

Réseau alimentaire (Caraïbes)

De ces récifs coraliens

Answer 25

 La majorité des consommateurs (vers, crabes etc.) prélèvent des
petits morceaux de la colonie, qui se régénère ensuite

Deux prédateurs peuvent faire de grands dommages:
- certains poissons
- l’étoile de mer « couronne d’épine » (Acanthaster), peut anéantir
des sections complètes de récif (8 km2
en 1 an!).

 Les proliférations d’Acanthaster sont reliées à la surexploitation de
ses rares prédateurs (cascade trophique), à l’eutrophisation ainsi qu’à
des causes cycliques (encore méconnues)

Caraïbes

 Les grands prédateurs de coraux comme Acanthaster sont très rares
sur les récifs atlantiques
 Dans plusieurs parties des Caraïbes les stocks de poissons herbivores
ont été surpêchés
 remplacés par des oursins qui contrôlait la croissance des algues
 ceci a conduit à la disparition presque totale de plusieurs récifs,
notamment en Jamaïque où l’on retrouve maintenant presque
exclusivement des forêts d’algues
 En 1983 une maladie inconnue a décimé les populations d’oursins,
laissant le champ libre à la croissance des algues sur les récifs

Question 26

L’écologie des poissons sur les récifs

Answer 26

La plus grande richesse de poissons de récifs se trouve dans l’indopacifique
- il y a une décroissance dans toutes les directions autour de ce centre
- 1 seul récif peut contenir jusqu’à 2000 espèces de poissons (Philippines)
 cette diversité est en grande partie liée à la diversité des coraux et à
l’hétérogénéité d’habitat qui en résulte (niches écologiques variées)

Question 27

La productivité primaire annuelle des récifs coraliens

Answer 27

de 1500 à 3700 g C/m^2

Les récifs de corail sont l’équivalent marin de la forêt tropicale humide, à la fois en terme de productivité et de biodiversité

Question 28

Qu’est-ce qui menace les récifs ?

Answer 28

Chalutage 
Développement côtier
Déboisement
Agriculture
Pêche illégale
Récolte, tourisme
Blanchiment Acidification

Question 29

Le blanchiment dans les récifs coraliens

Answer 29

Lorsque la température augmente au-delà de la gamme “normale” pour
un récif
 El Niño, rejets industriels, marées basses extrêmes, réchauffement
climatique
 Les polypes “expulsent” leurs symbiontes et perdent leur coloration
les pigments des dinoflagellés sont en grande partie responsables de la coloration
 les polypes restants sont à peu
près transparents, laissant
entrevoir la couleur blanche du
carbonate de calcium

Question 30

Acidification et décalcification des récifs

Answer 30

 La baisse du pH entraîne un déficit de carbonate
 Le déséquilibre entraîne la dissolution spontanée
du carbonate de calcium (constituant des récifs)

Question 31

Biome des vents d’ouest

Answer 31

• Couche de mélange variant selon les saisons (zone tempérée)
• Ensoleillement limité durant l’hiver
• Le mélange hivernal apporte beaucoup de nutriments
• Floraison (bloom) de phytoplancton au printemps
• Bloom secondaire à l’automne

Question 32

Réseau alimentaire du biome des vents d’ouest

Answer 32

• Réseau alimentaire type du biome des vents d’ouest

 jusqu’à 4 maillons alimentaires
 basé sur phyto de taille moyenne (5 – 20 μm)

Diapo 52

Question 33

Différence fondamentale entre les biomes marins et terrestres

Answer 33

 Une grande part du CO2
fixé retourne
rapidement à l'atmosphère
 Carbone stocké pendant quelques
dizaines d'années au plus

Question 34

La pompe biologique à CO2 du biome des vents d’ouest

Answer 34

 Conversion du CO2 en matière
organique particulaire (=PPN) par
le phytoplancton
 Les déchets de la surface
(cellules mortes, excréments,
carcasses) chutent vers le fond,
entraînant le carbone avec eux
Résultat:
 transfert du CO2 de l'atmosphère vers le sédiment (complémente la
pompe à solubilité)
 entreposage du carbone pour
plusieurs milliers d'années

Question 35

Caractéristiques du biome polaire

Answer 35

• Couvert de glace saisonnier ou pluriannuel
• Couche de mélange relativement faible
• Forte stratification en été (fonte des glaces = eau douce)
• Floraison estivale courte et intense par endroits
• Chaînes alimentaires courtes et efficaces
• Beaucoup de mammifères marins

Question 36

Cycle de productivité biologique de chaque biome

Answer 36

Biome des vents alizés
Production primaire égales à toutes les saisons

Biome des vents d’ouest
Été plus grosse production primaire aussi automne en plus petite partie

Biome polaire
Production primaire été et printemps

Question 37

Le cycle vital des baleines à bosse et baleine grise

Answer 37

 Les baleines passent l’hiver dans les eaux hospitalières subtropicales ou équatoriales pour donner naissance aux baleineaux
 Durant le printemps et l’été elles optimisent leur succès d’alimentation en traversant le biome des vents d’ouest jusqu’au biome polaire

Question 38

L’upwelling côtier

Answer 38

 Lorsqu’un vent souffle parallèlement à la côte ouest d’un continent:

• vers le nord dans l’hémisphère sud
• vers le sud dans l’hémisphère nord

Réseau alimentaire type d’un upwelling
- basé sur le phytoplancton de grande taille (20 – 2000 mm)
- Jusqu’à 20% de la production primaire est transférée aux petits
poissons planctivores (» aux autres biomes océaniques)

L’upwelling est fortement présent au Pérou et en Afrique du Nord-Est et au Benguela

L’upwelling contribue de 20,9% à la prise globale de poissons

Par unité de surface les régions d’upwelling contribuent
5000 fois plus en poissons que les eaux du large

Question 39

ENSO: Phénomène El Niño/oscillation australe

Answer 39

Condition “moyenne”

 Haute pression sur la
côte sud-américaine
 Alizés forts et upwelling vigoureux
 L'eau chaude s'accumule dans
la portion ouest du Pacifique

El Niño (phase chaude de ENSO)
Forte baisse de pression 
sur la côte sud-américaine
 Alizés faibles ou inversés et
cessation de l'upwelling
 L'eau chaude s'étend jusqu'à
l'Amérique du Sud en décembre

Question 40

Effets sur la température de surface

Answer 40

El nino –> grande chaleur en amérique du sud

La nina –> Grand refroissement au même endroit

Diapo 63

 Cycle irrégulier de 3 à 5 ans
 L’intensité du phénomène n’est pas constante
 Depuis la fin des années 70, on constate une diminution de l’intensité et
de la durée de la phase froide (et vice-versa pour la phase chaude)