Cours : La production de matière organique par les êtres vivants

La production de matière organique par les végétaux

Tous les êtres vivants connaissent une période plus ou moins longue de croissance pendant laquelle leurs organes se développent : ils créent de la matière organique.

Définition

Matière organique :

On appelle matière organique la matière fabriquée par les êtres vivants pour constituer leurs organes.

Les humains ont des fonctions vitales, la nutrition et la respiration, qui permettent de créer de la matière organique. Contrairement à eux, les végétaux ne prennent pas 3 à 4 repas par jour et n’ont pas de poumons pour respirer. Alors comment se procurent-ils leurs éléments nutritifs ?

Les besoins nutritifs des végétaux verts

La réalisation d’expériences s’impose pour étudier les besoins des plantes vertes lors de leur développement.

Une plantule est placée sous différentes conditions de croissance qui sont résumées dans le tableau des expériences ci-dessous.

Lorsqu’on lui procure des sels minéraux présents dans la terre, de l’eau, du dioxyde de carbone $(\text{CO}_2)$ et de la lumière, la plante se développe. Par contre, dans les autres expériences où on la prive d’un de ces éléments, la croissance n’a pas lieu ou est fortement réduite.

• Les besoins nutritifs des plantes vertes comprennent donc les sels minéraux, l’eau, le dioxyde de carbone et la lumière.

Définition

Sels minéraux :

Les sels minéraux sont des éléments chimiques associés aux roches. Indispensables aux organismes vivants qui les utilisent, ils sont présents dans l’alimentation végétale et animale. On note par exemple le calcium, le sodium, le potassium, ou le soufre.

Les échanges entre la plante et son environnement

Lorsque nous plantons une graine dans le sol, nous voyons se développer une plantule qui devient une plante si on arrose la terre de temps en temps. Le végétal trouve alors des éléments nutritifs dans le sol et dans l’air qui l’entourent. Les différents organes, racines, tiges et feuilles, permettent de nourrir la plante :

• elle se procure l’eau et les sels minéraux dans le sol grâce à ses racines,
• et elle capte la lumière et le dioxyde de carbone $(\text{CO}_2)$ se trouvant dans l’air grâce à ses feuilles.
• Ces échanges de matières entre la plante et son environnement sont à la base des besoins nutritifs des végétaux verts.

Aucun élément organique n’entre dans la composition des besoins des végétaux verts, mais uniquement de la matière minérale constituée d’eau, de sels minéraux et de dioxyde de carbone.

• Ainsi, les végétaux verts sont qualifiés de producteurs primaires parce qu’ils transforment la matière minérale de l’environnement en matière organique de la plante.

Définition

Producteur primaire :

Un producteur primaire est un être vivant qui fabrique sa matière organique à partir de matière minérale.

À retenir

Les plantes vertes assurent leur croissance grâce à la lumière et à la matière minérale (eau, sels minéraux et $\text{CO}_2$) qu’elles prélèvent dans leur environnement pour produire la matière organique composant leurs organes. Ce sont des producteurs primaires parce qu’elles n’ont besoin que de matière minérale et de lumière.

Les applications en agriculture

Pour cultiver les végétaux nécessaires à son alimentation, l’Homme a su tirer parti de ces observations et les mettre en application en cultivant sous serre ou en pratiquant la culture hors-sol.
Ainsi, dans les serres, l’agriculteur peut contrôler l’arrosage, la lumière, le taux de $\text{CO}_2$ dans l’air et la quantité d’engrais à fournir à la plante afin d’obtenir les meilleurs rendements.

Définition

Engrais :

L’engrais est un élément nutritif complémentaire contenant des sels minéraux (ou des substances organiques) et pouvant être apporté aux plantes.

En culture hors-sol, la plante n’est pas enracinée dans le sol. Ses racines plongent dans un liquide nutritif contenant la quantité exacte d’eau et de sels minéraux nécessaires à sa croissance afin d’éviter les gaspillages.
Ces deux types de culture nécessitent par contre des efforts importants et très coûteux.

Définition

Culture hors-sol :

La culture hors-sol est une culture de plantes vertes sur un support neutre dans lequel circulent les éléments nutritifs nécessaires au développement de la plante.

La production de matière organique par les animaux

Comme les végétaux, les animaux ont des besoins nutritifs qu’ils doivent satisfaire pour assurer leur croissance. Ce sont, eux aussi, des producteurs de matière organique.

Les régimes alimentaires des animaux

L’observation directe des animaux dans leur environnement nous renseigne sur leurs habitudes alimentaires.

Nous pouvons aussi analyser les restes de leur repas (fruits rongés, écorces, pommes de pin grignotées, ossements) et leurs excréments, qui contiennent parfois des morceaux d’aliments non digérés. Les pelotes de réjection des rapaces présentent aussi des restes de proies non digérés.

Définition

Pelote de réjection :

Une pelote de réjection est une boulette qui contient des fragments alimentaires non digérés, elle est rejetée par l’oiseau.

Nous constatons que les animaux ont des régimes alimentaires différents suivant les espèces :

• certains comme le cheval, le lapin ou le papillon se nourrissent de végétaux,
• d’autres comme le loup se nourrissent d’animaux,
• d’autres encore, comme le renard ou la mésange, se nourrissent de végétaux et d’animaux.

Définition

Régime alimentaire :

Un régime alimentaire est l’ensemble des aliments consommés par un animal.

Par ailleurs, un même animal peut consommer des aliments différents suivant les saisons en fonction de ce qu’il va trouver dans son environnement. Le renard mange davantage de fruits en été et en automne qu’au printemps, tout simplement parce qu’il en trouve plus facilement pendant ces saisons.

Nous classerons alors ces animaux dans trois catégories suivant leurs besoins alimentaires : les phytophages qui consomment des végétaux, les zoophages qui se nourrissent d’autres animaux, et les omnivores qui consomment les deux.

Définition

Phytophage :

Un être vivant est dit phytophage s’il se nourrit d’aliments d’origine végétale.

Définition

Zoophage :

Un être vivant est dit zoophage s’il se nourrit d’aliments d’origine animale.

Définition

Omnivore :

Un être vivant est dit omnivore s’il se nourrit d’aliments d’origine végétale et animale.

Les chaînes alimentaires

Quel que soit leur régime alimentaire, tous les animaux se nourrissent d’autres êtres vivants, et donc de matière organique, en plus de la matière minérale comme l’eau. Nous en arrivons à la conclusion que les animaux produisent leur matière organique à partir de matière minérale et de la matière organique d’autres êtres vivants.

• Les animaux sont donc des producteurs secondaires.

Définition

Producteur secondaire :

Un producteur secondaire est un être vivant fabriquant sa matière organique à partir de matière minérale et de matière organique d’autres êtres vivants.

Nous pouvons alors construire des chaînes alimentaires en respectant une position déterminée pour chaque être vivant.
Les végétaux, producteurs primaires sachant transformer la matière minérale en matière organique, sont à l’origine de la matière organique et constituent le premier maillon.
Les animaux, ayant besoin de matière organique en plus de la matière minérale, ne peuvent se situer que derrière les végétaux, donc dans les maillons suivants.

Définition

Chaîne alimentaire :

Une chaîne alimentaire est une suite de relations alimentaires entre les êtres vivants. Chaque élément de la chaîne est mangé par l’élément qui le suit.

Suivant leur régime alimentaire, les animaux auront une position plus ou moins éloignée du végétal : les phytophages qui se nourrissent de végétaux se placent juste derrière eux et avant les zoophages qui se nourrissent d’animaux.

Exemple

Les arbres sont les producteurs primaires. La chenille, phytophage, se place derrière les feuilles, le mulot, omnivore, et le chat, zoophage, sont en troisième et quatrième position.