La chaîne alimentaire : producteurs, consommateurs, décomposeurs

Une chaîne alimentaire est une suite d'êtres vivants dans laquelle chacun mange le précédent. Elle commence toujours par un producteur, le plus souvent une plante ou une algue, qui fabrique sa matière à partir de la lumière. Viennent ensuite les consommateurs : l'herbivore qui mange la plante, le carnivore qui mange l'herbivore, parfois un second carnivore au-dessus. Les décomposeurs, enfin, s'occupent des restes de tout le monde et rendent au sol les éléments dont les plantes ont besoin.

Un exemple tiré d'un jardin ou d'une lisière : la feuille de chêne est mangée par une chenille, la chenille par une mésange, la mésange par un épervier. Quand l'un d'eux meurt, ou quand la feuille tombe en automne, champignons, bactéries et vers de terre prennent le relais. On note la chaîne avec des flèches qui veulent dire « est mangé par » : chêne → chenille → mésange → épervier. Le sens des flèches suit le trajet de la matière et de l'énergie.

C'est un sujet de base de la rubrique Le vivant, et pourtant il cache deux idées moins évidentes qu'il n'y paraît : la matière tourne en rond, l'énergie, non.

Les trois grands rôles

Les producteurs : ceux qui fabriquent

Un producteur fabrique sa propre matière organique à partir de matière minérale : eau, dioxyde de carbone et sels minéraux du sol, avec l'énergie de la lumière. C'est la photosynthèse. Sur terre, ce sont les plantes ; dans l'eau, les algues et le phytoplancton, ces organismes microscopiques qui flottent dans les lacs et les océans.

Tout le reste du vivant visible dépend d'eux, directement ou non. Le renard ne mange pas d'herbe, mais il mange des campagnols qui en mangent. Sans producteur, aucune chaîne ne démarre.

Les consommateurs : ceux qui mangent

Les consommateurs ne savent pas fabriquer leur matière à partir de minéraux. Ils doivent la prendre à d'autres êtres vivants. On les classe selon leur rang dans la chaîne :

• les consommateurs primaires, ou herbivores, mangent des producteurs : chenille, limace, lapin, puceron, zooplancton qui broute le phytoplancton ;
• les consommateurs secondaires mangent des herbivores : mésange, coccinelle qui dévore les pucerons, hérisson ;
• les consommateurs tertiaires mangent d'autres carnivores : l'épervier qui chasse la mésange, le brochet qui avale une perche.

Ce classement a ses limites. Le hérisson mange des limaces, des vers et des insectes, donc des herbivores et des carnivores. Le merle avale des vers en mai et des baies en septembre. Beaucoup d'animaux, nous compris, occupent plusieurs rangs à la fois : on les dit omnivores.

Les décomposeurs : ceux qui recyclent

Feuilles mortes, cadavres, excréments : tout ce qui n'est pas mangé finit chez les décomposeurs. Les vers de terre, cloportes, collemboles et acariens fragmentent la matière. Les champignons et les bactéries la digèrent jusqu'au bout et libèrent des éléments minéraux, comme l'azote ou le phosphore, que les racines peuvent de nouveau absorber. Certains champignons du sol vivent même directement associés aux racines des arbres, comme nous l'avons raconté à propos des mycorhizes.

Les décomposeurs ferment la boucle de la matière. Sans eux, les forêts crouleraient sous les feuilles mortes, et les plantes finiraient par manquer d'éléments nutritifs.

Dans mon jardin, le tas de compost est le meilleur endroit pour voir cela. Quand je le retourne, je trouve des vers rouges, des cloportes, des filaments blancs de champignons, et une terre sombre qui sent le sous-bois. Les épluchures de l'automne n'y sont plus reconnaissables quelques mois plus tard.

Les trois rôles en un tableau

Pourquoi l'énergie se perd en route

La matière tourne, l'énergie s'en va

L'énergie qui fait tourner une chaîne alimentaire vient du Soleil. Les plantes la stockent sous forme de sucres. Quand une chenille mange une feuille, elle récupère une partie de cette énergie. Mais elle en dépense beaucoup pour vivre : respirer, bouger, digérer. Une part de la feuille n'est pas digérée et ressort dans les excréments. Ce qui reste pour construire son corps, et donc pour la mésange qui la mangera, est bien moindre que ce qu'elle a avalé.

L'énergie dépensée finit en chaleur, qui se dissipe dans l'environnement. Elle ne revient pas dans la chaîne. Voilà la différence avec la matière : les atomes de carbone, d'azote, de phosphore sont réutilisés sans fin grâce aux décomposeurs, alors que l'énergie traverse l'écosystème une seule fois. Sans apport permanent de lumière, tout s'arrêterait.

La règle des 10 %, et ses limites

L'écologue américain Raymond Lindeman a été l'un des premiers à mesurer ces transferts. Dans un article publié en 1942 dans la revue Ecology (« The trophic-dynamic aspect of ecology »), à partir de ses travaux sur un petit lac du Minnesota, il a décrit l'écosystème comme une suite de niveaux par lesquels l'énergie passe en diminuant. On en a tiré une règle simple, souvent enseignée : environ 10 % de l'énergie d'un niveau se retrouve dans le niveau suivant.

C'est un ordre de grandeur, pas une loi. Les cours d'écologie précisent que le rendement réel varie selon les milieux et les espèces, souvent entre 5 et 20 %. Un animal à sang froid, qui ne dépense pas d'énergie pour maintenir sa température, en convertit davantage en chair qu'un oiseau ou un mammifère.

Mais la conséquence reste la même. Si l'on part de 1 000 unités d'énergie dans les plantes, avec 10 % de transfert, il en reste 100 chez les herbivores, 10 chez les carnivores qui les mangent, 1 au niveau suivant. Au-delà de quatre ou cinq maillons, il n'y a plus de quoi nourrir une population viable. C'est pour cela que les grands prédateurs sont rares et ont besoin de vastes territoires.

Les pyramides écologiques

Le Britannique Charles Elton avait déjà, dans son livre Animal Ecology paru en 1927, présenté les chaînes alimentaires et ce qu'il appelait la « pyramide des nombres » : à la base, beaucoup de petits organismes, en haut, peu de gros. On représente aujourd'hui aussi des pyramides de biomasse (la masse totale d'êtres vivants à chaque niveau) et des pyramides d'énergie. La pyramide d'énergie a toujours la pointe en haut ; les autres peuvent parfois s'inverser. Un seul chêne, par exemple, nourrit des milliers de chenilles : en nombre d'individus, la base est plus étroite que l'étage du dessus.

De la chaîne au réseau trophique

Une chaîne alimentaire est une simplification utile, une ligne tirée dans un ensemble beaucoup plus emmêlé. Dans un vrai jardin, la mésange ne mange pas que des chenilles : elle prend aussi des araignées, des pucerons, des graines en hiver. L'épervier chasse d'autres petits oiseaux. Les chenilles ont d'autres ennemis, comme certaines guêpes parasites. Quand on dessine toutes ces relations, les chaînes se croisent et forment un réseau trophique.

Ce réseau explique pourquoi la disparition d'une espèce a des effets en cascade, parfois loin de là où on l'attendait. Si les pucerons d'un rosier n'ont plus de coccinelles pour les manger, ils pullulent ; si une plante perd ses pollinisateurs, elle produit moins de graines, et les oiseaux granivores en pâtissent (la pollinisation est un autre type de lien entre espèces, qui n'est pas alimentaire pour la plante mais l'est pour l'insecte). Plus un réseau compte d'espèces et de liens, mieux il encaisse en général la perte de l'un d'eux, parce qu'un prédateur peut se reporter sur une autre proie.

La chaîne alimentaire sous l'eau et sous terre

On pense spontanément aux chaînes « vertes », qui partent d'une plante vivante. Il en existe une autre, tout aussi importante : la chaîne des détritus. Elle part de la matière morte, feuilles tombées ou bois pourri, mangée par des décomposeurs et des détritivores, eux-mêmes mangés par des prédateurs du sol (carabes, araignées, mille-pattes carnivores), eux-mêmes proies de musaraignes ou d'oiseaux. Dans une forêt, une grande partie de l'énergie passe par ce circuit-là plutôt que par les herbivores.

En mer, la base n'est pas visible à l'œil nu. Le phytoplancton est brouté par le zooplancton, mangé par de petits poissons, eux-mêmes chassés par des poissons plus grands, des oiseaux marins ou des mammifères. Les chaînes marines sont souvent plus longues que les chaînes terrestres, parce que les premiers maillons sont minuscules.

Dans tous les cas, on retrouve la même architecture : un producteur qui capte la lumière, des consommateurs qui se partagent une énergie de plus en plus rare, et des décomposeurs qui rendent la matière au départ. La prochaine fois que vous verrez une mésange fouiller un chêne au printemps, vous aurez sous les yeux trois maillons d'une même chaîne, et le quatrième n'est peut-être pas loin.