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Biomasse (écologie)

masse d'êtres vivants dans un milieu donné
Page d'aide sur l'homonymie Pour l’article homonyme, voir Biomasse (énergie).
Selon les données « couleur de l'océan » recueillies par le capteur SeaWiFS, la production primaire dans l'océan mondial est sensiblement égale à celle sur les terres émergées, bien que la biomasse primaire océanique soit environ 500 fois moins importante que la biomasse terrestre, ce qui traduit la très grande efficacité du phytoplancton océanique[1].

La biomasse est le terme qui (en écologie notamment) désigne la quantité (masse) totale d'organismes vivants dans un biotope ou un lieu déterminé à un moment donné, qu'il s'agisse de plantes, d'animaux, de champignons ou de microbes. L'humanité en tire notamment toute sa nourriture et une grande partie des ressources quotidiennement nécessaires (fibres et médicaments notamment). Tant qu'elle n'est pas surexploitée, cette ressource est dite renouvelable. Le pétrole et le gaz naturel (ressources fossiles) sont aussi issues de la biomasse.

La biomasse est parfois calculée pour un taxon particulier. Elle peut être estimée par unité de surface s'il s'agit d'un milieu terrestre ou par unité de volume (en particulier pour le milieu aquatique). Les organismes vivant (plantes notamment) sont souvent en grande partie constituée d'eau. Dans certains calculs, la biomasse est donc mesurée en « teneur en matière sèche ». Outre en unité de poids, on l'exprime parfois en nombre d'individus, en calories.

Sommaire

DéfinitionModifier

 
La biomasse de ce milieu, sa masse vivante, compterait la masse des pins, herbes et mousses, ainsi que les organismes dans le lac, mais exclurait la masse rocheuse, les sols, l'eau et la neige.

La biomasse est définie par des biologistes comme masse totale des organismes vivants mesurée dans une population, une aire ou une autre unité[2].

Quelques chiffres et propriétésModifier

  • Le poids global de tous les organismes vivant dans l'eau, l'air et le sol, est majoritairement représenté par des êtres « visibles » de la planète mais le nombre d'organismes vivants sur terre est très majoritairement représenté par des êtres « invisibles ». Le nombre de bactéries, bien qu'il soit difficile à être estimé[3], est évalué dans les océans, le sol, la subsurface (couches directement inférieures du sous-sol) océanique et la subsurface terrestre, à respectivement 1,2.1029, 2,6.1029, 2.9.1029 et 0.25–2.5.1030 cellules (soit un million de fois plus que les 10.24 étoiles dans l'univers)[4],[5]. Malgré cette biodiversité microbienne, les microbes représentent moins de 20 % de la biomasse totale de la planète. Le poids global des plantes « visibles » représente 80 % de la biomasse totale à la surface du globe aujourd'hui[6], sachant que la biomasse végétale est cent fois plus importante que la biomasse animale « visible » et constitue la première source de matière organique carbonée de la planète (500 milliards de tonnes de matière sèche)[4],[5]. Cette diversité ne prend pas en compte la biomasse virale qui représenterait 90 % du carbone organique présent dans les océans, le nombre de virus sur terre étant estimé à 1031[7].
  • La biomasse microbienne est une source importante de molécules d'intérêt pour l'industrie et la médecine (ex : la plupart des antibiotiques utilisés en médecine proviennent de moins de 1 % des bactéries connues[3]), notamment celle issue des micro-organismes du sol, les plus directement exploitables. Pourtant, la biodiversité du sol reste globalement méconnue, autant sur le plan taxonomique (la plupart de ces microbes ne sont pas cultivables sur les milieux de culture disponibles) qu'écologique (structure des réseaux trophiques notamment)[8].
  • L'espèce qui présente la plus grande biomasse animale est le krill antarctique, Euphausia superba, qui est notamment la base de l'alimentation des baleines[9]
  • Les zones écologiques produisant le plus de biomasse par surface et par an seraient les marais, les forêts tropicales et les récifs coralliens[6].

Certaines espèces clé de voûte, espèces-ingénieur ou espèces facilitatrices peuvent par leur activité fortement augmenter la biomasse et la richesse écologique d'un milieu (ex : vers de terre, castor...).

La biomasse n'est pas en soi un indicateur de qualité écologique ; elle peut même parfois traduire un déséquilibre écologique (ex : eutrophisation, blooms phytoplanctoniques, etc.).

Pyramide des biomassesModifier

 
Pyramide des biomasses pour un écosystème aquatique et terrestre.

On appelle pyramide des biomasses, la représentation de la biomasse à chaque niveau trophique dans une chaîne alimentaire. En 1942, Raymond Lindeman (en) établit que dans les écosystèmes, seule une fraction (estimée à 10 %) de l'énergie se trouvant dans un niveau donné d'une chaîne trophique est transmise aux organismes de niveaux trophiques supérieurs[10]. Cette loi de 10 %, appelée aussi loi de Lindeman, mesure l'efficience écologique (en) d'un consommateur (rapport de la production nette d'un consommateur à la production nette de biomasse qu'il a consommée). Cette loi approximative (elle se situe typiquement entre 5 et 20 %) s'applique souvent à la biomasse[11].

En milieu aérien, la biomasse des producteurs primaires est souvent très supérieure à la biomasse des consommateurs, tout particulièrement dans les forêts où une grande partie de la biomasse est constituée de bois. Dans les milieux aquatiques et tout particulièrement océaniques, la biomasse des producteurs primaires (phytoplancton) est en général plus faible que celle des consommateurs mais cette biomasse se renouvelle rapidement[12].

Cartographie de la biomasseModifier

C'est un enjeu crucial pour la compréhension des grands cycles biogéochimiques et en particulier des liens entre climat, anthropisation et biodiversité. En effet, la totalité de notre oxygène et de notre nourriture, de nombreuses ressources et une grande partie de l'énergie thermique provient directement de la biomasse. La stabilité climatique en dépend aussi. Il est donc utile de pouvoir l'évaluer de manière globale, dynamique, continue et fiable[13].

La biomasse agricole est assez facilement modélisable et évaluée aux échelles loco-régionales, mais la biomasse des cours d'eau, lacs et océans, très mobile et fluctuante, ainsi que la biomasse des sols, des forêts et des milieux naturels sont bien plus difficiles à connaitre et à suivre[13].

Aucune carte précise n'est actuellement possible à grande échelle, mais l'imagerie satellite a fait de récents progrès :

  • en 2013, la biomasse végétale forestière de l'hémisphère nord a ainsi été cartographiée avec une précision encore imparfaite (1 pixel = 1 km au sol) mais très améliorée par rapport au passé, au profit d'une meilleure compréhension du cycle du carbone et des rétroactions climat-biodiversité[13].
    Les tourbières (en grande partie issues du travail millénaire des castors) et les sols forestiers de l'hémisphère nord stockent d'énormes quantité de carbone (1/3 de plus de réserves de carbone par hectare en forêt tempérée ou nordique qu'en forêt tropicale, ce qui en fait un réservoirs de carbone essentiel, mais vulnérable, aux incendies et aux maladies ou déprédateurs notamment). La forêt boréale presque exclusive à l'hémisphère nord est un patrimoine partagé par divers pays, de la Russie à l'Alaska en passant par le nord de l'Europe et du Canada[13]. Cette carte a pu être faite grâce à un nouvel algorithme (développé en 2010[14]), qui permet de combiner un grand nombre de jeux de données issues de l'imagerie satellitale radar, pour aussi évaluer la biomasse cachée sous le couvert forestier. Grâce au projet Biomasar-II, environ 70 000 images d'Envisat (prises en 2009 - 2011) ont fourni la première « carte pan-boréale de la biomasse forestière » (en 2010) et sous l'égide de l'ESA les archives d'Envisat ont permis de produire plusieurs carte régionales (état 2005). Une mission Sentinel-1 va poursuivre ce travail[13].
  • Un nouveau satellite dénommé Biomass est prévu pour 2020 (septième mission Earth Explorer de l'ESA). Il va étendre ce travail de cartographie de la biomasse végétale forestière à la zone tropicale (en utilisant des longueurs d'onde d'environ 70 cm[réf. nécessaire], plus longues, afin de mieux pénétrer l'épaisse canopée des forêts tropicales primaires, secondaires ou de plantation et suivre les perturbations et la repousse de ces milieux naturels ou semi-naturels[13]. Ces données seront en 2010 disponible en open data[15].

RéférencesModifier

  1. (en) Field CB, Behrenfeld MJ, Randerson JT, Falkowski P., « Primary production of the biosphere: integrating terrestrial and oceanic components », Science, vol. 281, no 5374,‎ , p. 237-40.
  2. Raven, Jhonson, Losos, Singer, Biologie, Éd.de Boeck, 1250 pages, glossaire
  3. a et b Cynthia Graber (2015) Mining the hidden treasure of the world’s unknown bacteria Almost every known antibiotic came from 1 per cent of bacteria. Now we are learning how to grow the unknown microbes, and who knows what riches we’ll discover, publié le 30 décembre 2015, par The New Scientist
  4. a et b (en) William B. Whitman, David C. Coleman & William J. Wiebe, « Prokaryotes: The unseen majority », PNAS, vol. 95, no 12,‎ , p. 6578-6583 (DOI 10.1073/pnas.95.12.6578, lire en ligne).
  5. a et b (en) Jens Kallmeyer, Robert Pockalny, Rishi Ram Adhikari, David C. Smith & Steven D’Hondt, « Global distribution of microbial abundance and biomass in subseafloor sediment », PNAS, vol. 109, no 40,‎ , p. 16213-16216 (DOI 10.1073/pnas.1203849109).
  6. a et b Précis d'écologie de R. Dajoz, ed.Dunod, 2006 (ISBN 978-2100496273)
  7. (en) Curtis A. Suttle, « Viruses: unlocking the greatest biodiversity on Earth », Génome, vol. 56, no 10,‎ , p. 542-544 (DOI 10.1139/gen-2013-0152).
  8. Carole Hermon, Services écosystémiques et protection des sols, Quae, , p. 87.
  9. Nicol, S., Endo, Y. (1997). Fisheries Technical Paper 367: Krill Fisheries of the World. FAO.
  10. (en) Raymond L. Lindeman, « The Trophic-Dynamic Aspect of Ecology », Ecology, vol. 23, no 4,‎ , p. 399-417.
  11. René Dumont, L'homme et son environnement, Retz, , p. 171-172.
  12. Écologie : Approche scientifique et pratique de Claude Faurie, et al (ed. Tec et Doc Lavoisier) (ISBN 978-2743013103)
  13. a, b, c, d, e et f ESA (2013), Earth's northern biomass maped and measured, communiqué du 26 juin 2013
  14. ESA (2010), New boreal forest biomass maps produced from radar satellite data, communiqué du 25 mars 2010
  15. Communiqué de presse ESA, 20 février 2017, ESA affirms open access policy for images, videos ans data

Liens externesModifier