Biomasse (écologie)

Apparence déplacer vers la barre latérale masquer Biomasse totale des organismes présents sur Terre Biomasse totale des animaux présents sur Terre 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. Carte mondiale de la distribution de chlorophylle. Les régions où la production de phytoplancton est abondante sont cependant très restreintes (franges côtières des régions tropicales, Pacifique Nord et Atlantique Nord, et océan austral), formant des « prairies océaniques ». La majeure partie des aires marines forme des « déserts océaniques », d'où la belle couleur bleue des eaux tropicales.

En écologie, la biomasse est le terme qui désigne la masse totale d'organismes vivants dans un biotope ou un lieu déterminé à un moment donné, qu'il s'agisse de plantes (phytomasse), d'animaux (zoomasse), de champignons ou de microbes (microbiomasse). L'humanité en tire notamment toute sa nourriture et une grande partie des ressources quotidiennement nécessaires. Tant qu'elle n'est pas surexploitée, cette ressource est dite renouvelable. Les combustibles fossiles tels que le pétrole et le gaz naturel sont aussi issus 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 les zones humides. Les organismes vivants sont souvent en grande partie constitués d'eau. Dans certains calculs, la biomasse est donc mesurée en « teneur en matière sèche ». Outre en unité de masse, on l'exprime parfois en nombre d'individus, en calories ou en Carbone organique total (COT).

Définitions

Lac de Bastan du Milieu, 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 écologues comme masse totale des organismes vivants mesurée dans une population, une aire ou une autre unité.

Les biologistes définissent parfois, de manière plus restrictive, la biomasse cellulaire ou individuelle qui représente le bilan des synthèses et des dégradations de matière organique dans une cellule ou un individu.

Quelques chiffres et propriétés

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 biomasses

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 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. Cette loi de 10 %, appelée aussi loi de Lindeman, mesure l'efficience écologique 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.

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.

Cartographie de la biomasse

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.

La biomasse agricole est assez facilement modélisable et évaluée aux échelles locorégionales, 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.

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

Biomasse bactérienne

Il existe typiquement environ 50 millions de cellules bactériennes par gramme de sol et environ un million de cellules bactériennes par millilitre d'eau douce, avec des variations selon le type de milieu et son histoire.

Une étude très citée de 1998, avait à tort évalué la biomasse bactérienne mondiale a une masse comprise entre 350 et 550 milliards de tonnes de carbone (soit l'équivalent de 60 % à 100 % du carbone contenu dans les plantes).

Des études nouvelles sur la vie microbienne des fonds marins font fortement réévaluer ces chiffres. Un travail de 2012 a rabaissé l'évolution de la biomasse microbienne des fonds marins de 303 milliards de tonnes de C à 4,1 milliards de tonnes. La biomasse mondiale des procaryotes ne serait « que » de 50 à 250 milliards de tonnes de C.

En outre, le carbone contenu par chaque cellule de procaryote pourrait avoir été surestimé : si la biomasse moyenne par cellule de procaryotes passe de 86 à 14 femtogrammes de carbone, la biomasse globale de procaryotes est réduite à 13 à 44,5 milliards de tonnes de C, ce qui correspond à équivalent de 2,4 % à 8,1 % du carbone présent dans les plantes.

Ce type d'évaluation est encore controversée. En mai 2018, une nouvelle évaluation (PNAS, mai 2018) a estimé la biomasse bactérienne à environ 70 milliards de tonnes de carbone (15 % de la biomasse totale). Le projet Deep Carbon Observatory en décembre 2018 donnait quant à lui un chiffre bien moins élevé (pas plus de 23 milliards de tonnes de carbone),,.

Localisation Nombre de
cellules
(× 1029)
Milliards de t
de carbone
Plancher océanique 2,9 à 50 4,1 à 303
Plein océan 1,2 1,7, à 10
Sol terrestre 2,6 3,7, à 22
Subsurface terrestre 2,5 à 25 3,5, à 215

Productivité terrestre

Caractéristiques moyennes des écosystèmes terrestres, en tonnes par hectare de biomasse ou de nécromasse végétales (poids frais), et tonnes par hectare et par an de production primaire nette
Biome terrestre Biomasse Nécromasse (au sol) Production primaire nette
Toundra arctique 5 3,5 1
Taïga arctique nord 100 30
Taïga arctique sud 330 35 7
Forêt de chênes 400 15 9
Prairies, steppes 25 12 14
Steppe aride 40 1,5 4
Semi-désert 1,6 0,6
Savane herbeuse 2,7 5 7
Forêt tropicale 4 10 25
Forêt équatoriale 600 2 33
Cultures 4 à 100 moyenne : 6,6 Record : 80
Canne à sucre

Notes et références

  1. Bar-On YM, Phillips R, Milo R (June 2018). "The biomass distribution on Earth" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (25): 6506–6511. Bibcode:1998PNAS...95.6578W. doi:10.1073/pnas.1711842115. PMC 6016768. PMID 29784790.
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  3. Ricklefs RE, Miller GL (2000). Ecology (4th ed.). Macmillan. p. 192. (ISBN 978-0-7167-2829-0).
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  6. Raven, Jhonson, Losos, Singer, Biologie, Éd.de Boeck, 1250 pages, glossaire
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  9. (en) Garry Willgoose, Principles of soilscape and landscape evolution, Cambridge University Press, 2018 (lire en ligne), p. 163.
  10. « De 10 à 30 % dans une forêt, la biomasse racinaire peut atteindre 75 à 95 % de la biomasse totale dans des prairies, des toundras ou des pelouses arides d'altitude ». Cf Claire Tirard, Luc Abbadie, David Laloi et Philippe Koubbi, Écologie, Éditions Dunod, 2016 (lire en ligne), p. 423.
  11. Sachant que la biomasse végétale « visible » est cent fois plus importante que la biomasse animale. Cf (en) William B. Whitman, David C. Coleman & William J. Wiebe, « Prokaryotes: The unseen majority », PNAS, vol. 95, no 12,‎ juin 1998, p. 6578-6583 (DOI 10.1073/pnas.95.12.6578, lire en ligne).
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  20. (en) Raymond L. Lindeman, « The Trophic-Dynamic Aspect of Ecology », Ecology, vol. 23, no 4,‎ octobre 1942, p. 399-417.
  21. René Dumont, L'homme et son environnement, Retz, 1980, p. 171-172.
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  25. Communiqué de presse ESA, 20 février 2017, ESA affirms open access policy for images, videos ans data.
  26. (en) Whitman WB, Coleman DC, Wiebe WJ, « Prokaryotes: the unseen majority », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 95, no 12,‎ juin 1998, p. 6578–83 (PMID 9618454, PMCID 33863, DOI 10.1073/pnas.95.12.6578, Bibcode 1998PNAS...95.6578W, lire en ligne).
  27. « Biomass » .
  28. Deep Carbon Observatory (10 December 2018). "Life in deep Earth totals 15 to 23 billion tons of carbon — hundreds of times more than humans — Deep Carbon Observatory collaborators, exploring the 'Galapagos of the deep', add to what's known, unknown, and unknowable about Earth's most pristine ecosystem". EurekAlert!. Consulté le 11 décembre 2018.
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  32. .

Voir aussi

Articles connexes

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