Eau - Organisation d'un écosystème aquatique

Qu’est-ce qu’un écosystème aquatique ?

Un cours d’eau, un lac, une zone littorale… sont des systèmes complexes.
Ils abritent en effet en leur sein nombre d’espèces vivantes très diverses, végétales et animales, qui interagissent entre elles de façons variées en établissant des relations de cohabitation, de compétition, de prédation ou de parasitisme. De plus, ces espèces ne peuvent se suffire à elles-mêmes. Pour croître, elles ont besoin de l’énergie et des aliments qui leur sont fournis par le milieu extérieur constitué par l’eau, les sols et l’atmosphère. La composition de ces populations dépend donc étroitement des conditions de vie qui leur sont offertes, à savoir du courant, de la température, de l’oxygénation et de la composition chimique de l’eau, de la nature des fonds, du relief et de la végétation du bassin versant, des conditions atmosphériques… Inversement la composition chimique de l’eau est constamment modifiée par les espèces vivantes présentes dans le milieu surtout en ce qui concerne les teneurs en matières minérales et en gaz dissous.
Ainsi, les espèces biologiques vivent-elles en interdépendance étroite entre elles et avec le milieu physique environnant. Les échanges sont multiples, sous forme d’énergie ou de matière et l’équilibre délicat à maintenir. Pour tenir compte de cette complexité, le concept d’écosystème aquatique a été créé qui prend en compte toutes ces composantes : il recouvre l’ensemble formé par le biotope, c’est-à-dire le milieu physique, les conditions de vie, et la biocénose, l’ensemble des êtres vivants qui s’y développent. Un écosystème aquatique forme ainsi un système doué d’une certaine autonomie et il est possible de l’étudier isolément.

Il existe une très grande variété d’écosystèmes aquatiques continentaux que l’on peut regrouper en trois grands types suivant que leurs eaux sont stagnantes, courantes ou souterraines.
Les milieux aquatiques aux eaux stagnantes sont les lacs, grandes étendues d’eau libre à l’intérieur des terres, les marais peu profonds et envahis par la végétation, les mares, les étangs et réservoirs créés de toute pièce par l’homme, ou encore les zones humides, lesquelles recouvrent différents types de milieux peu profonds à la végétation exubérante comme par exemple les tourbières, les marécages, les bras morts des plaines inondables,…
Les milieux aux eaux courantes sont tous les torrents, ruisseaux, rivières et fleuves dont les eaux sont manifestement en mouvement le long des pentes.
Quant aux milieux aquatiques souterrains, ce sont le plus souvent des nappes d’eau imbibant le sous-sol. Ce sont aussi parfois de véritables cours d’eau disparaissant dans des galeries souterraines.


 Les espèces vivant dans un écosystème aquatique

Depuis l’apparition de la vie au fond des océans primordiaux, les organismes n’ont fait que se multiplier en se diversifiant de façon considérable. Aujourd’hui, les divers écosystèmes aquatiques continentaux abritent en leur sein une multitude d’espèces vivantes fort différentes.
La population d’un écosystème aquatique donné dépend fortement de ses conditions d’habitat, c’est-à-dire de facteurs tels que la température, la profondeur et la qualité des eaux, la vitesse des courants, la luminosité, le type de fond… Flore et faune peuvent donc être extrêmement différentes d’un écosystème à l’autre, ou même d’un lieu à l’autre au sein d’un même écosystème. Elles peuvent aussi varier en fonction des saisons. Dans les cours d’eau, par exemple, les populations de poissons varient de l’amont vers l’aval. Dans les écosystèmes souterrains où la lumière ne pénètre jamais, on ne trouve en règle générale que des bactéries et quelques rares espèces animales, alors que les écosystèmes de surface recèlent une grande variété d’espèces animales et végétales.

Les espèces vivantes les plus petites, le plus souvent de taille microscopique et donc invisibles à l’œil nu, vivent en suspension dans l’eau, souvent près de la surface, flottant au gré des courants. Elles forment le plancton : le plancton végétal appelé phytoplancton, qui est le premier maillon de la chaîne trophique, et le plancton animal appelé zooplancton. Seules les eaux courantes très rapides ne permettent pas, ou peu, le développement du plancton.

De nombreux autres végétaux de tailles plus conséquentes et visibles à l’œil nu se développent dans les écosystèmes aquatiques continentaux de faibles profondeurs. Certains flottent à la surface de l’eau comme les lentilles d’eau des étangs, ou dérivent avec les courants comme certaines algues dans les cours d’eau. D’autres sont fixés au sol comme les roseaux ou les nénuphars dont les feuilles flottent en surface.

Les animaux, quant à eux, invertébrés, poissons, mammifères, oiseaux, insectes, reptiles ou amphibiens en tout genre, se déplacent à leur convenance. Leur variété est très grande. On recense ainsi jusqu’à quelques cinquante espèces différentes de poissons dans les cours d’eau d’Europe du Nord : certains chérissent les eaux froides et courantes, comme la truite et le vairon, d’autres préfèrent les eaux calmes des lacs, des étangs ou des rivières au courant faible, comme le brochet, ou encore la tanche qui affectionne particulièrement les milieux riches en végétation aquatique. A leur côté, suivant la latitude et le type d’écosystème, peuvent s’ébattre loutres, castors, ragondins ou hippopotames, poules d’eau, héron, grèbes ou martins pêcheurs, moustiques, libellules ou araignées d’eau, crocodiles, grenouilles, crapauds, salamandres ou tritons… Les anguilles quant à elles colonisent tous les milieux aquatiques d’eau douce à l’exception des torrents.


L’importance des gaz dissous pour un écosystème aquatique

L’eau a la capacité de dissoudre certains gaz comme l’oxygène et le  gaz carbonique.
Une chance, car leur présence dans les milieux aquatiques a permis à la vie de prospérer. Les poissons, comme les humains, respirent et ont donc besoin d’oxygène pour vivre. Le phytoplancton et les algues ont en plus besoin de gaz carbonique pour élaborer leurs tissus végétaux par photosynthèse.
L’oxygène est en outre indispensable à l’épuration des milieux aquatiques. Il permet en effet aux bactéries aérobies présentes dans les écosystèmes aquatiques de dégrader les matières organiques biodégradables. Cette dégradation se fait de manière progressive. Elle conduit d’abord à la formation de composés organiques plus simples dont certains sont parfois difficilement biodégradables. Un tel processus peut donc être long. Mais lorsqu’il est complet, il donne des substances minérales simples : du gaz carbonique, de l’eau et de l’ammoniac soluble dans l'eau. On peut le symboliser de la manière suivante :

détritus organiques + bactéries + oxygène -> gaz carbonique + eau + ammoniac + énergie



Dans un écosystème aquatique, l’oxygène dissous indispensable à la vie animale et à l’assainissement du milieu provient d'abord de la photosynthèse végétale qui dépend quant à elle de l’ensoleillement et qui se produit donc uniquement le jour. Mais l’oxygénation de l’eau provient aussi, dans une moindre mesure, de la dissolution de l’oxygène atmosphérique. Elle est donc favorisée quand l’eau est fortement brassée, au niveau des chutes d’eau par exemple ou des remous, rapides et cataractes. Aussi, l’eau d’un torrent est-elle mieux oxygénée que celle d’une eau stagnante. Le gaz carbonique nécessaire à la croissance des plantes provient quant à lui de la respiration animale et de la dégradation des matières organiques.

Enfin, la solubilité de ces gaz dans l’eau dépend de la température. Elle diminue lorsque la température augmente : en moyenne, les eaux tropicales sont donc moins bien oxygénées que les eaux tempérées et, d’une manière générale, les milieux aquatiques contiennent moins d’oxygène par litre d’eau en période estivale.


Comment fonctionne un écosystème aquatique ?

Un écosystème aquatique produit constamment de la matière vivante. Celle-ci est progressivement transformée en matière organique morte, qui est elle-même ensuite lentement minéralisée, en partie ou en totalité.

D’une manière schématique, un écosystème aquatique peut être divisé en trois compartiments biologiques.

Les producteurs : ce sont essentiellement tous les végétaux qui utilisent tous la lumière solaire comme source d’énergie pour fabriquer, par photosynthèse, les matières organiques dont ils ont besoin pour croître ; ce faisant, les plantes aquatiques consomment le gaz carbonique dissous dans l’eau, les nutriments dissous que sont surtout l’azote, le phosphore et la silice, ainsi que divers autres constituants minéraux, et elles rejettent de l’oxygène ; les principaux producteurs sont les algues microscopiques du phytoplancton ;

Les consommateurs : ce sont soit des herbivores stricts, comme certaines espèces du zooplancton qui se nourrissent de phytoplancton ou certaines espèces d’invertébrés et de poissons qui se nourrissent d’algues et d’autres végétaux fixés sur le fond, soit des espèces plus omnivores consommatrices de végétaux, de zooplancton et autres invertébrés, soit enfin des espèces strictement carnivores, comme certains gros poissons qui se nourrissent des plus petits, ou encore certains oiseaux et petits mammifères ; ces animaux respirent en consommant l’oxygène produit par les plantes et en rejetant du gaz carbonique ;

Les décomposeurs : ce sont les micro-organismes, comme les bactéries aérobies ou les champignons, qui se repaissent de toute la matière organique morte et biodégradable présente dans le milieu aquatique, qu’elle soit produite par les autres organismes (telles les sécrétions animales) ou issue de leur décomposition, ou encore qu’elle provienne d’eaux de ruissellement, d’eaux infiltrées dans les sols ou d’eaux usées rejetées par les hommes ; pour dégrader ces matières organiques, les décomposeurs utilisent l’oxygène produit par les plantes.



Le rôle des décomposeurs, bactéries et champignons, est prépondérant car en décomposant les matières organiques, ils participent à l’épuration des écosystèmes aquatiques. En outre, en transformant les matières organiques complexes en substances minérales simples dont les producteurs, les végétaux, ont besoin, c’est-à-dire en recyclant les matières organiques, les décomposeurs referment en quelque sorte la boucle qui, des producteurs, mène aux consommateurs puis aux décomposeurs, une boucle que l’on a coutume d’appeler la chaîne alimentaire, ou chaîne trophique.
En réalité, les échanges au sein de la biocénose d’un écosystème aquatique, que ce soit des échanges d’énergie ou de matière, sont loin d’être aussi linéaires : car en fait il n’y a pas une, mais de multiples chaînes alimentaires, toutes construites sur le même modèle, qui se croisent et s’entremêlent au sein de réseaux trophiques dans lesquels chaque organisme interagit avec plusieurs autres et à chaque fois de manière spécifique..

Un écosystème est également caractérisé par les échanges cycliques de matière qui s’établissent entre le biotope et la biocénose et qui constituent des cycles biogéochimiques dont les plus importants concernent l’eau, le carbone, l'oxygène, l’azote, le soufre et le phosphore.