La pyramide des énergies et la règle des 10 %

Sur les 20 819 kcal produites par mètre carré en un an par les plantes de Silver Springs, 21 kcal, soit environ 0.1 %, sont parvenues aux prédateurs supérieurs.

La majeure partie de l’énergie n’est pas transmise

Quand un lapin mange de l’herbe, il ne transforme pas chaque calorie en matière de lapin. Une partie de l’herbe n’est jamais digérée et est évacuée dans les excréments. Une grande part de ce qui est digéré sert à maintenir le lapin en vie, au chaud et en mouvement, et cette énergie finit en chaleur. Seul le reste sert à former de nouveaux tissus, et seuls ces tissus peuvent nourrir le renard. OpenStax relie cette perte au deuxième principe de la thermodynamique : chaque fois que l’énergie change de forme, une partie devient de la chaleur que les êtres vivants ne peuvent plus réutiliser.

National Geographic Education résume cela par la règle des 10 % : en moyenne, seuls environ 10 % de l’énergie d’un niveau trophique passent au suivant. Avec 10 000 kcal chez les plantes au départ, les herbivores en reçoivent environ 1000, les carnivores 100 et les carnivores supérieurs 10. À chaque étape, la quantité est divisée par dix. Voilà pourquoi on dessine une pyramide, large à la base et étroite au sommet.

Valeurs mesurées : Silver Springs

Au milieu du vingtième siècle, Howard T. Odum a mesuré le flux d’énergie à Silver Springs, une rivière de Floride alimentée par des sources. OpenStax donne la production annuelle à chaque niveau : 20 819 kcal par mètre carré pour les producteurs, 3368 pour les consommateurs primaires, 383 pour les secondaires et 21 pour les tertiaires. Calcule les rapports successifs : tu obtiens environ 16.2 %, 11.4 % et 5.5 %. La réalité ne suit pas exactement la règle des 10 %, mais la forme reste la même : chaque niveau ne contient qu’une petite fraction de l’énergie du niveau inférieur.

OpenStax définit aussi le rendement de transfert entre niveaux trophiques : la production d’un niveau divisée par celle du niveau inférieur, multipliée par 100. Pour le premier transfert à Silver Springs, il cite 1103 sur 7618 kcal, soit environ 14.48 %. Les ouvrages ne comptabilisent pas tous les flux exactement de la même façon : vérifie donc les valeurs utilisées dans un rapport.

Pourquoi les chaînes alimentaires sont courtes

Comme très peu d’énergie subsiste à chaque étape, OpenStax précise qu’après quatre à six transferts, il n’en reste plus assez pour alimenter un niveau supplémentaire. Aucun prédateur ne vit uniquement d’aigles. Les animaux à sang chaud accentuent la perte. Une chenille qui mange des feuilles transforme environ 18 % de l’énergie absorbée en matière corporelle, alors qu’un écureuil qui mange des glands peut n’atteindre que 1.6 %, car une grande part sert à produire de la chaleur corporelle.

Des pyramides renversées

Les écologues dessinent trois types de pyramides. Une pyramide des nombres compte les individus : en été, dans une forêt tempérée, quelques arbres nourrissent de nombreux insectes, donc la base est étroite. Une pyramide des biomasses mesure la masse de matière vivante : dans la Manche, le phytoplancton pèse 4 g par mètre carré, et le zooplancton qui le mange 21 g, car le plancton est mangé presque aussi vite qu’il se développe. Une pyramide des énergies mesure un flux au cours du temps : elle est toujours droite, car aucun niveau ne peut transmettre plus d’énergie qu’il n’en reçoit.