Le flux d'énergie et la pyramide écologique

Si l'on suit non plus la matière mais l'énergie, une règle brutale apparaît : à chaque étage, l'essentiel disparaît.

La règle des 10 %

   producteurs      10 000 unités d'énergie
        |  ~ 10 %
        v
   herbivores        1 000
        |  ~ 10 %
        v
   carnivores I        100
        |  ~ 10 %
        v
   carnivores II        10

Où passent les 90 % perdus ?

- une grande part n'est pas CONSOMMÉE (racines, bois, cadavres non mangés)
- une part n'est pas DIGÉRÉE et repart en excréments
- l'essentiel du reste est brûlé par la RESPIRATION, dissipé en chaleur

Le pourcentage réel varie de 5 à 20 % selon les milieux, mais l'ordre de grandeur tient : on perd environ 90 % à chaque niveau.

La pyramide écologique

              ▲          carnivores II    10
            ▲▲▲▲         carnivores I    100
        ▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲       herbivores     1 000
   ▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲    producteurs   10 000

Deux conséquences directes :

Les chaînes sont courtes. Au-delà de quatre ou cinq maillons, il ne reste plus assez d'énergie pour nourrir un niveau supplémentaire. C'est une contrainte thermodynamique, pas une coïncidence biologique.

Les super-prédateurs sont rares. Il faut une immense base de production pour entretenir quelques individus au sommet. C'est aussi pourquoi ils sont les premiers à disparaître quand un écosystème se dégrade.

L'application à l'alimentation humaine

   1 hectare cultivé en céréales, consommé DIRECTEMENT
        ->  nourrit environ 10 fois plus de personnes que
   1 hectare de céréales donné à du bétail, puis consommé en viande

Le passage par un niveau trophique supplémentaire coûte environ 90 % de l'énergie. Ce calcul, purement énergétique, sous-tend l'essentiel des analyses sur l'usage des terres agricoles — indépendamment de toute considération morale ou culturelle.

La bioaccumulation : ce qui, au contraire, se concentre

L'énergie se dilue en montant la pyramide. Certaines substances font exactement l'inverse.

   eau               0,000 003 ppm  de DDT
   phytoplancton     0,000 4 ppm         ×130
   petits poissons   0,5 ppm             ×1000
   gros poissons     2 ppm               ×4
   oiseaux pêcheurs  25 ppm              ×12

   facteur total : environ 10 millions

Les polluants liposolubles — DDT, mercure, PCB — ne sont ni excrétés ni dégradés : ils s'accumulent dans les graisses. Un prédateur ingère tout ce qu'ont accumulé ses proies au cours de leur vie.

C'est ce mécanisme qui a failli faire disparaître le pygargue à tête blanche aux États-Unis — le DDT fragilisait les coquilles d'œufs — et qui explique les recommandations limitant la consommation de gros poissons prédateurs, thon ou espadon, à cause du mercure.

En résumé

• Environ 90 % de l'énergie est perdue à chaque niveau trophique.
• Pertes : parties non consommées, non digérées, et surtout respiration.
• D'où la pyramide écologique, et des chaînes de 4 ou 5 maillons au maximum.
• Les super-prédateurs sont nécessairement rares.
• Manger un végétal directement est ~10 fois plus efficace que de passer par un animal.
• À l'inverse, les polluants liposolubles se concentrent en montant la chaîne.