Notes d'écologie générale

CHAPITRE II :

ACTION DES PRINCIPAUX FACTEURS ECOLOGIQUES

2.1. FACTEURS CLIMATIQUES

Parmi les facteurs climatiques on peut distinguer les facteurs énergétiques constitués par la lumière et la température, les facteurs hydriques (précipitations et humidité de l'air) et les facteurs mécaniques (les vents).

2.1.1. La lumière

La lumière joue un rôle primordial dans la plupart des phénomènes écologiques. Son intensité conditionne l'activité photosynthétique. La durée de l'éclairement au cours d'un cycle de 24 heures ou photopériode contrôle la croissance et la floraison des plantes mais aussi l'ensemble du cycle vital des espèces animales. Il faut cependant noter que le rayonnement solaire est aussi dangereux pour les êtres vivants à cause des radiations ultraviolettes qu'il contient. La lumière par son intensité et ses fluctuations annuelles constituent un facteur limitant pour les végétaux. A faible, comme à fort éclairement, la photosynthèse est inhibée.

L'intensité locale du flux lumineux varie selon la latitude et la saison. Au moment des solstices d'été, la quantité d'énergie lumineuse reçue est à peu près égale entre 20° et 80° latitude Nord. Les flux les plus intenses sont relevés au moment des solstices d'été dans les zones à climat méditerranéen chaud et où ils peuvent approcher 120.000 lux. Cela provient de la grande transparence atmosphérique propre à ces régions, alors que dans les zones intertropicales, la forte humidité atmosphérique absorbe une fraction très importante du rayonnement direct de sorte que les flux y sont moins intenses.

2.1.1.1. Adaptation des végétaux à l'éclairement

En fonction de l'intensité lumineuse pour laquelle l'activité photosynthétique est maximale, on peut distinguer deux sortes de plantes : les héliophytes et les sciaphytes.

Les héliophytes ou plantes de lumière sont des végétaux dont la croissance est maximale sous des forts éclairements et qui ne tolèrent pas l'ombre d'autres individus. Les plantes cultivées en général et les arbres des forêts claires sont des héliophytes.

Les sciaphytes ou plantes d'ombre sont des végétaux dont la croissance nécessite une ombre forte ou très dense. C'est le cas des végétaux du sous-bois (fougères, mousses) et les jeunes stades de la plupart des espèces d'arbres de forêts. C'est dans le milieu aquatique que l'on rencontre les plus sciaphyles des végétaux. Leur activité photosynthétique est optimale sous une cinquantaine de lux (unité de l'intensité de la lumière). Le degré de sciaphilie ou d'héliophilie d'une espèce végétale peut varier au cours de son cycle vital. Pour des nombreuses espèces d'arbres, le stade jeune est sciaphile alors que le stade adulte est héliophile.

2.1.1.2. La photopériode

Le terme photopériode est utilisé en physiologie végétale pour désigner la durée de la phase d'éclairement au cours d'un cycle de 24 heures. La photopériode joue un rôle dans l'écologie des êtres vivants. On distingue la photopériode courte caractérisée par la prédominance de la phase obscure (ou scotophase) et la photopériode longue pour la quelle la photophase ou phase d'éclairement est plus longue que la scotophase.

2.1.1.2.1. La Photopériode et les végétaux

Les plantes sont adaptées non seulement à l'intensité lumineuse mais aussi à la photopériode. La longueur des jours et des nuits varie au cours de l'année pour tous les points du globe sauf à l'Equateur où il y a 12 h d'éclairement et 12 h de nuit et aux équinoxes où les durées des jours et de nuits sont les mêmes partout sur la planète quelles que soient les localités considérées.

L'adaptation des plantes à cette photopériode (photopériodisme) est importante lorsque les plantes passent du stade végétatif (croissance, développement) au stade reproductif (floraison, formation des tubercules). En d'autres termes, la photopériode joue un rôle essentiel dans la nature car elle contrôle la germination des végétaux, leur croissance et leur floraison. La floraison représente un des aspects les plus spectaculaires du photopériodisme. Si on considère l'influence de la photopériode sur les végétaux on peut distinguer :

- les plantes des jours courts (plantes nyctipériodiques)

Ce sont des végétaux dont la floraison nécessite que la scotophase soit prédominante. Dans le cas où la scotophase est de courte durée les bourgeons floraux ne s'ouvrent pas. Ils restent en dormance jusqu'à ce que la photopériode devienne satisfaisante. C'est le cas du blé d'hiver, des certaines variétés de soja et des plantes tropicales comme la canne à sucre. Une durée d'éclairement très longue s'accompagne d'un gigantisme et de la suppression des fleurs. Les individus restent alors stériles et il devient impossible de les multiplier par leurs graines

- les plantes aux jours longs (plantes héméropériodiques)

Ce sont des plantes qui exigent une photophase prédominante. Il s'agit des céréales de printemps, de la betterave, du céleri... Un éclairement insuffisant (moins de 12 heures) inhibe la floraison de ces plantes. Elles restent alors petites et ne fleurissent pas.

- les plantes photoapériodiques :

Pour celles-ci, la floraison n'est pas influencée par la photopériode.

2.1.1.2.2. La Photopériode et les animaux

La photopériode joue également un rôle très important dans l'écologie des animaux. Elle induit chez les animaux des rythmes biologiques, journaliers ou saisonniers. Le plus répandu est le rythme circadien qui correspond à une périodicité de 24 heures et dont le contrôle est assuré par la photopériode. Chez les vertébrés, par exemple, l'activité journalière, l'alimentation et le repos nocturne ou diurne et la ponte sont contrôlés par la photopériode.

L'espèce humaine n'échappe pas à cette influence de l'éclairement sur ses activités écophysiologiques. Ceux qui effectuent des voyages aériens intercontinentaux témoignent que notre organisme dans ses activités digestives et son rythme veuille sommeil est sensible à l'allongement ou au raccourcissement de la durée d'éclairement provoqué par le décalage horaire. Si un jet volant à 1000 Km/h, en moyenne latitude, suit le soleil dans son déplacement et s'il navigue d'Est en Ouest de sorte que l'heure d'arrivée soit égale ou proche de l'heure de décollage, le voyageur ne voit pas le soleil se coucher. Pour lui la journée peut durer même plus de 24 heures selon son itinéraire sans qu'il ait envie de dormir. Un autre exemple est celui de l'émigration verticale du zooplancton. Chez les arthropodes terrestres (Insectes), on observe également une cessation d'activités à diverses phases du cycle vital pendant la mauvaise saison. Cet arrêt de développement appelé diapause, est aussi conditionné par la photopériode.

2.1.2. La température

2..1.2.1. Les plantes et la température

La température représente un facteur limitant de toute première importance, car elle contrôle l'ensemble des phénomènes métaboliques et conditionne la répartition des espèces dans la biosphère. Sans chaleur, le développement des plantes est impossible. A très basse température, les échanges entre le sol et les plantes sont impossibles et les fonctions physiologiques principales sont bloquées ou fortement ralenties. L'assimilation chlorophyllienne ou photosynthèse et la respiration sont très réduites ou annulées. Pour chaque plante, on peut déterminer une température optimale qui convient au développement et à la croissance en un moment donné et qui se trouve à l'intérieur d'un intervalle de tolérance plus ou moins grand. Les plantes qui supportent un large écart de température sont dites eurythermes, celles qui ne supportent pas de fortes variations de température tel que l'hévéa brésilien (Hevea brasiliensis) sont des sténothermes.

2.1.2.2. Action des températures extrêmes sur les végétaux

Dans les régions tempérées, le froid est nécessaire aux plantes pour que les fonctions vitales s'accomplissent, en particulier lors du passage de l'état végétatif à l'état de reproduction. Le froid supprime la dormance des bourgeons formés en automne. Il induit la vernalisation (processus préparatoire de la mise en fleur). Le pêcher exige pour fleurir au printemps des froids intenses pendant l'hiver allant jusqu à - 7degré Celsius.

Les températures extrêmes peuvent être létales pour les plantes, mais avant que ces températures ne soient atteintes, les végétaux réagissent ou s'adaptent pour en limiter les dégâts.

Le cactus géant résiste à des températures de 8,3°c pendant 19 heures. Si cette température se maintient pendant 29 heures, la plante meurt. Ces conditions thermiques sont d'autant plus difficiles à supporter qu'il s'y ajoute d'autres facteurs écologiques. En haute montagne, par exemple, les basses températures vont de paire avec un vent violent. Le degré d'adaptation au froid augmente chez les végétaux lorsqu'on passe des zones tempérées chaudes à des latitudes de plus à plus septentrionales. Dans les régions désertiques tropicales, les hautes températures sont fréquentes et les amplitudes thermiques diurnes sont élevées.

Pour limiter les effets néfastes de changements thermiques on observe diverses adaptations chez les végétaux. Si par exemple la température s'élève, la transpiration augmente, ce qui occasionne un abaissement de la température à la surface du tissu où se produit l'évaporation. Si la température est très basse, la situation peut devenir dangereuse surtout s'il se forme des cristaux de glace dans les tissus.

Le principe du chimiste français, Le Chatelier s'applique aussi aux êtres vivants et s'énonce en ces termes : « Toute intensification d'un facteur extérieur tend à accroître la résistance de l'organisme à ce facteur. »

Toutefois le facteur ne doit pas être brusque car les adaptations ne s'acquièrent que progressivement. Le maximum de résistance aux basses températures est l'effet des organes de durée c'est à dire les graines, les bulbes, les rhizomes, les tubercules, les bourgeons et les spores.

Il y a une corrélation directe entre la résistance d'un organe végétal au froid et son degré de déshydratation c'est à dire plus un organe à moins d'eau plus sa résistance au froid est grande. C'est pourquoi les jeunes pousses et les organes végétatifs riches en eau supportent mal l'action du froid et gèlent généralement à des températures comprises entre 0 et - 5°C. La plupart des espèces tropicales meurent aux voisinages de 0°C et certaines d'entre elles gèlent même à la température de l'ordre de 3°C.

Les plantes les plus résistantes aux hautes températures sont celles des déserts subtropicaux. La résistance maximale des plantes à la chaleur est le fait de Cactées et les autres végétaux xérophiles (de milieux secs) qui peuvent supporter jusqu'à 65°C.

Les Procaryotes (bactéries) supportent aussi les hautes températures à cause de l'absence dans leurs cellules de la membrane nucléaire et du fuseau mitotique qui sont de parties thermolabiles.

2.1.2.4. Action de température sur les animaux

Chez les animaux, la température agit sur le métabolisme et l'activité vitale, la quantité d'aliments consommés, la fécondité et l'activité sexuelle. Si au considère la température on peut subdiviser les animaux en espèces homéothermes et poïkilothermes. Les homéothermes se caractérisent par une température interne constante et indépendante de celle du milieu ambiant. Les poïkilothermes ou hétérothermes, par contre, ont une température interne variable. Ils peuvent être repartis en organismes héliothermes, qui pour adapter leur température interne basse s'étalent au soleil et en organismes chimiothermes qui effectuent souvent beaucoup de mouvements pour relever leur température corporelle. Les animaux meurent plus rapidement par la chaleur que par le froid. Avant de mourir, ils passent par une période presque inactive dite de torpeur.

2.1.2.5. Les animaux et les températures extrêmes

Les animaux présentent aussi des adaptations aux températures extrêmes.

1° Règle d'Allen

Chez les Mammifères des régions froides, on observe une réduction importante des appendices (oreilles, cou, pattes, queue) au fur et à mesure qu'on approche les pôles. Ce constat appelé règle d'Allen traduit une forme d'adaptation des espèces animales au froid. L'exemple classique montre que la taille des oreilles des Renards diminue fortement des déserts subtropicaux aux régions polaires. Le Renard de l'ancien monde ou fennec (Vulpes zerda), vivant dans le désert chaud d'Afrique, a de très grandes oreilles alors que le Renard roux d'Europe ou des régions tempérées (Vulpes vulpes) a des oreilles très petites. Le Renard arctique ou polaire (Alopex lagopus) quant à lui, a des oreilles minuscules et un museau court. Le Renard polaire réduit les pertes des chaleurs au niveau de ses oreilles minuscules tandis que le fennec les favorise, le premier pour résister au froid, le second, pour résister à la chaleur.

2° Règle de Bergmann

D'après cette loi, on observe au sein d'un ensemble des vertébrés homéothermes appartenant à un groupe systématique proche, un accroissement de la taille et de la masse corporelle des espèces en fonction de la latitude. D'après cette loi les espèces les plus petites se trouvent des tropiques et les plus grandes à proximité des zones polaires. Cette observation appelée loi de BERGMANN traduit aussi une forme d'adaptation des espèces au froid. Les pertes des chaleurs sont liées à la surface corporelle de l'animal or cette dernière est inversement proportionnelle à la taille. Il s'ensuit une meilleure résistance au froid des espèces les plus grosses. L'exemple est donné par "les manchots". La plus petite espèce, le manchot de Galopagos vit au niveau de l'Equateur. La plus grande, le manchot Empereur, habite l'Antarctique.

3° La modification de la fourrure

Chez les mammifères des régions froides, la fourrure est plus épaisse qu'en climat chaud. Son épaisseur augmente avec la taille de l'animal.

Les espèces des régions tempérées pour éviter la forte perte de la chaleur ont aussi pour la plupart des robes sombres.

4° Le développement d'une couche épaisse de graisse

Les animaux qui vivent dans les milieux froids ont tendance de développer une grande couche de graisse autour du corps. C'est le cas de la Baleine bleue qui vit dans les eaux froides et dont l'épaisseur de la couche de graisse peut atteindre 1 mètre.

5° Adaptations éthologiques

Il a été constaté que pour éviter les températures extrêmes certains animaux prennent l'habitude de se cacher sous l'ombre ou dans des terriers pendant les heures chaudes ou encore d'adopter des moeurs nocturnes.

6° Adaptations physiologiques

Parmi les adaptations physiologiques, on peut citer celles qui sont liées au métabolisme. Quand la température ambiante baisse le métabolisme de base s'élève. Les animaux luttent souvent contre les hautes températures par la réduction du métabolisme et par l'augmentation des pertes de chaleurs grâce à la vasodilatation périphérique et à la transpiration cutanée.

En effet, l'évaporation de la sueur se trouvant sur un organisme animal permet d'abaisser la température corporelle. De même plus la surface des vaisseaux augmente plus la perte de chaleur excédentaire est favorisée.

Les Chéiroptères, les Rongeurs, les Insectivores et quelques Carnivores terrestres entrent pendant la période froide (hiver) dans un état de vie ralentie pour éviter la perte de chaleur ; on parle alors de l'hibernation. Une situation similaire appelée "estivation" s'observe aussi lorsqu'il y a hausse de la température pendant l'été. L'hibernation et l'estivation sont des phénomènes de quiescence. La quiescence est une interruption momentanée du développement ou d'activité observée chez certains animaux dans le but de lutter contre soit un froid intense soit une forte chaleur ou une période de sécheresse très marquée. Elle diffère de la diapause, un arrêt qui apparaît obligatoirement dans le cycle de vie de certaines espèces