Dossier pédagogique

L’énergie produit un travail.
Elle apparaît sous différentes formes :
chimique, électrique, thermique, sonore, mécanique…
Elle peut être stockée sous forme chimique.
Elle ne peut être détruite, mais elle peut être convertie
Dans un organisme, les flux énergétiques sortants et
entrants doivent s’équilibrer : la quantité d’énergie reçue
doit couvrir la somme des énergies consommées pour la
production de nouveaux tissus, les réparations cellulaires,
le travail musculaire, l ’élimination dans les urines et les
fèces (excrétion), et l ’énorme quantité dissipée sous forme
de chaleur…
Le métabolisme d’un organisme comprend l’ensemble des réactions de
production (anabolisme) et de dégradation (catabolisme) de substances
L’énergie est essentielle à la vie.
Les êtres vivants en dépensent quand ils grandissent ou
quand ils font un mouvement et elle est sans cesse
consommée par les réactions chimiques qui se passent au
niveau des cellules.
Le second principe fondamental de la physique
thermodynamique énonce que l’entropie du monde
extérieur (« le désordre ») doit augmenter lors des
réactions spontanées. Des réactions d’assemblage de
molécules simples en molécules plus complexes ne
peuvent donc avoir lieu spontanément: elles nécessitent
de l’énergie et n’en produisent pas.
L’organisme fait face au coût élevé de la vie en tirant de
l’énergie de la dégradation des molécules qui constituent
son alimentation et en la stockant sous forme d ’autres
molécules chimiques. L ’énergie qui provient de la
dégradation des aliments est ainsi convertie en chaleur,
mouvements, synthèse de protéines, influx nerveux ….
L’une des formes de dégradation les mieux connues est la
respiration et nécessite de l ’oxygène. D ’autres formes de
dégradation ne font pas intervenir d ’oxygène, comme la
fermentation.
Pour accélérer les réactions chimiques du métabolisme animal,
les cellules bénéficient de diverses enzymes, protéines
facilitant les chemins réactionnels et diminuant
l’investissement initial en énergie. Néanmoins pour édifier une
molécule complexe à partir de réactifs plus simples, une
quantité minimale d’énergie est toujours requise.
Plus de la moitié de l’énergie
contenue dans les aliments se
fixe dans l’ATP, le reste est
dissipé sous forme de chaleur.
Si le bilan des flux d’énergie entrants et sortants est
positif, l’organisme vivant prospère, grandit, fortifie et
fait des réserves.
Chez les animaux, les réserves d ’énergie stockée sous
forme chimique sont du glycogène dans le foie et de la
graisse sous la peau et autour des organes internes.
Si le bilan est négatif, l’organisme vit sur ses réserves
antérieures, les épuise puis dépérit éventuellement
jusqu’à la mort.
La respiration à proprement parler est distincte de
l’inspiration, qui conduit aux poumons l ’oxygène transporté
ensuite aux cellules par le sang. L ’oxygène est nécessaire pour
briser les liaisons chimiques du glucose, nourriture cellulaire
provenant de la digestion des aliments, et pour produire
l’énergie vitale aux cellules.
Globalement la respiration cellulaire est une réaction chimique
semblable à la combustion du bois. Néanmoins, toute l ’énergie
produite n ’est pas dissipée sous forme de chaleur. La plus
grande partie sert à construire une molécule énergétique,
l’adénosine triphosphate (= ATP), stockée dans la cellule et
disponible à tout moment.
Les produits de la respiration sont l ’eau et le dioxyde de
carbone, deux déchets expirés.
Printemps des Sciences
Musée de Zoologie
15 Mars 2002
M. Walravens-Loneux

MIGRATIONS
déplacements périodiques
de grande envergure
SECRÉTIONS
de toutes natures : gastriques,
olfactives, cutanées, hormonales
CROISSANCE
développement d’un organisme
de sa naissance à son état adulte
METABOLISME DE BASE
Thermorégulation, respiration,
battements cardiaques,
régénération des tissus,
réparation des blessures
COMMUNICATION
gestuelle, sonore,
olfactive, tactile,
électrique,
lumineuse
REPRODUCTION
rapprochement des sexes
parades, manœuvres de séduction,
défense du territoire, construction du nid
REPRODUCTION
gestation
soins parentaux
nourriture et protection des jeunes
MOUVEMENTS
musculaires divers :
locomotion, fuite
battement de cils,
effort de
chasse
Printemps des Sciences
Musée de Zoologie
15 Mars 2002
M. Walravens-Loneux
Dessins : Pierre DEOM/LA HULOTTE, Anne-Marie MASSIN/FERN asbl, Véronique MAES-HUSTINX/ULG

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Les animaux herbivores
se nourrissent de végétaux.
Les végétaux sont des «producteurs»:
ils produisent du sucre grâce à l ’énergie
lumineuse du soleil (photosynthèse).
Les herbivores récupèrent une partie de l ’énergie
stockée dans les végétaux en les digérant.
Les animaux insectivores et carnivores se nourrissent
d’autres animaux. Ce sont des «prédateurs».
Ils consomment une partie de l’énergie
emmagasinée dans les autres animaux
en les digérant.
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La liste des animaux illustrés est donnée dans le document d’accompagnement.
Photos:
Michèle LONEUX (5, 6, 7, 8, 9, 14, 15, 22, 26, 28, 35, 36, 37)
Eric WALRAVENS (1, 2, 3, 4, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23, 25, 27, 29, 30, 31, 33, 34)
E. & M. WALRAVENS-LONEUX (24, 32)
Jean WIEME (10, 11, 12, 13)
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Les animaux doivent manger pour survivre :
ils sont hétérotrophes.
Les régimes alimentaires et les façons de se
nourrir ont évolué pour s ’adapter au mode
de vie de l ’animal et à ses besoins.
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M. Walravens-Loneux
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5 : Exemple de réseau trophique forestier
L’énergie passe des producteurs d’aliments aux animaux consommateurs en une
série d’étapes appelées niveaux trophiques et représentées classiquement par les
étages successifs d’une pyramide, plus ou moins élevée.
Beaucoup d ’animaux appartiennent en fait à plus d’un niveau trophique, car
leur régime alimentaire comporte à la fois des végétaux et des animaux.
Parfois, le régime d’un animal change au cours de sa vie : des espèces d’oiseaux
granivores ou phytophages sont insectivores pendant leur première période de vie,
lorsqu ’ils sont au nid et nourris par les parents.
Les niveaux trophiques d’une communauté peuvent être représentéspar un
schéma de chaîne alimentaire où l’on voit qui mange quoi.
Très souvent, les plantes et les animaux ne sont pas mangés par un seul
prédateur et ne dépendent pas d’un seul type de nourriture. Le schéma peut être
très complexe. Une représentation en réseau trophique est plus appropriée à la
réalité.
Photos : E. WALRAVENS (1, 2, 3, 4)
Dessins :
H. WILDERMUTH, Nature pile et face, Ed. L.E.P., 1989, Suisse (5 )
E. WALRAVENS /Collaborateur scientifique MuséeZoologie(6)
Printemps des Sciences
Musée de Zoologie
15 Mars 2002
M. Walravens-Loneux
A chaque niveau trophique, l’écosystème perd de l’énergie.
Les herbivores sont mangés eux-
mêmes par des consommateurs
secondaires, généralement des
carnivores et des parasites, qui
constituent le troisième niveau
trophique.
Elles sont mangées par des
consommateurs primaires,
les animaux herbivores, qui
constituent le deuxième
niveau trophique.
Les consommateurs tertiaires, souvent
appelés « superprédateurs », appartiennent
au quatrième niveau. Il peut y avoir plus de 4
niveaux, comme il peut y en avoir seulement 3,
selon les animaux impliqués.
Les plantes vertes produisent des protéines et des sucres, à par tir de l’énergie lumineuse du
soleil et la convertissent ainsi en formes utilisables par d’aut res organismes. Elles constituent la
base, le premier niveau trophique de la pyramide, celui des producteurs.
La quantité d’énergie utilisable par un animal est donc
plus petite que celle disponible pour sa proie, d’où une
représentation en forme de pyramide.
De la même façon, l’abondance des consommateurs dans
un milieu naturel dépend directement de l’abondance de
leurs ressources alimentaires, animales ou végétales.
Lorsqu’il bouge et respire, tout organisme brûle de l’énergie,
produisant des déchets (D, excréments) et des produits de la
respiration (R), et une petite proportion seulement de l’énergie
consommée est utilisée pour la croissance et la reproduction. De plus,
une partie des organismes d ’un niveau échappe aux animaux des
niveaux supérieurs et l’énergie correspondante est directement
transférée à des organismes décomposeurs (animaux, champignons,
bactéries…).
Il existe des communautés animales qui ne
dépendent pas de l’énergie du soleil : ce sont
des communautés établies dans les grands fonds
marins, près d’évents hydrothermaux où l‘ eau
de mer s ’infiltre et rejaillit brûlante et
fortement minéralisée, enrichie notamment en
hydrogène sulfureux.
Dans ces communautés, la base de la pyramide
est constituée de bactéries chimiosynthétiques,
qui sont capables de tirer leur énergie de
l’oxydation de l’hydrogène sulfureux en soufre
minéral.
Les bactéries sont la proie de
nombreux organismes filtrants dont certains
sont eux-mêmes la proie de poissons, de crabes,
et d ’autres prédateurs. Ensemble ils forment
une chaîne alimentaire unique, indépendante du
soleil.
Ces biocénoses vivent de l ’énergie thermale de
la planète. Elles ont été découvertes en 1977, au
large des Galapagos.
Le soleil est le moteur de la vie… oui, mais :
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Composition du lait maternel chez quelques mammifères
Animal Glucides Lipides Protides
Anesse 66 g/L 11 g/L 17 g/L
Baleine 4 g/L 200 g/L 95 g/L
Femme 7 g/100g 4 g/100g 1,2 g/100g
Vache (lait cru) 4,6 g/100g 3,9 g/100g 3,4 g/100g
La taille d’un animal affecte beaucoup les pertes de chaleur à travers la peau.
Les petits animaux se refroidissent vite et doivent entretenir leur métabolisme
en mangeant sans cesse. Les oiseaux-mouches et les souris par exemple,
peuvent consommer toutes leurs réserves en un seul jour de jeûne, car le
rapport surface/volume de leur corps est très élevé: ils évacuent beaucoup
d’énergie en chaleur perdue.
Suivant leur composition en glucides, lipides et
protéines, certains aliments sont plus riches
que d’autres en énergie.
La valeur énergétique des aliments se chiffre
en Joules/unité de poids. La (kilo)calorie est
une ancienne unité.
Les phénomènes de croissance demandent
beaucoup d’énergie.
La nourriture donnée aux nouveaux-nés est
généralement très énergétique : lait maternel
chez les mammifères, insectes et petits
animaux chez les oiseaux.
Un éléphant mange chaque
jour l’équivalent de 7% de
son poids alors que la
musaraigne et les
mircomammifères en
général doivent consommer
chaque jour 100% de leur
propre poids en nourriture..
Si l ’on compare le rapport surface/volume d’espèces d ’une même
famille d ’animaux homéothermes vivant sous des climats chauds ou
froids, on constate d’une part que les animaux des habitats froids
sont proportionnellement plus trapus (Loi de Bergmannn) que ceux
des milieux chauds, et d’autre part que ceux des habitats chauds ont
des extrémités plus longues : oreilles, pattes.
C’est la cas pour des renards, des lièvres, des ours et pour les
éléphants actuels comparés aux mammouths fossiles de Sibérie
Ceci explique que les petits
mammifères comme la musaraigne,
la souris, le campagnol, le mulot
doivent manger proportionnellement
plus que les gros mammifères..
L’éléphant adulte 100 à 300 kg/jour = 7% de son poids
Le gnou mâle adulte 3,12 kg/jour
Le mouflon 40 kg 7 kg/jour
Le chameau 300 à 500 kg 10 à 20 kg/jour
Le marsouin 50 kg 4,5 kg/jour
L’orque adulte 2,5 à 5 % de son poids/jour
Le cachalot adulte 3 à 4% de son poids/jour
La baleine bleue adulte 2 à 2,5 kg/jour
L’otarie adulte 14% de son poids /jour
Le lion adulte 2,5 % de son poids/jour
Le renard roux 6-10 kg 500 g en moyenne(120 Kca)
L’hermine adulte (110 à 280 g.) 70 à 170 g/jour
La belette 55g (mâle) à 35g (femelle) 33% à 36% de son poids
La pipistrelle commune 6,5g jusqu ’à 3000 insectes /nuit
La musaraigne adulte son poids /jour
Le hérisson adulte c. 70 g/jour
L’écureuil roux 250-380g c. 25% de son poids (55-80g)
Le criquet pèlerin 2 g (mâle) à 3 g (femelle) 50% de son poids
L’anguille adulte jusqu’à 25 % de son poids/jour
Le requin citron adulte 3 à 5% de son poids/semaine
Exemples de ration alimentaire chez quelques animaux
Espèce Poids moyen/âge Ration quotidienne
Le guêpier d’Europe adulte (période de reproduction) 39 g/jour
Le cormoran adulte son poids/jour
La croissance des bois de Cervidés, et du cerf en particulier, est un
exemple de phénomène de croissance qui demande beaucoup d ’énergie.
L’aspect des bois témoigne de la qualité du milieu où le cerf vit et s’est
approvisionné en nourriture, et de la santé de l’animal.
Photos : Eric WALRAVENS (1), Jean WIEME (2, 3)
Dessins Véronique MAES-HUSTINX /ULG (6) et tirés de :
M.P et A. MINELLI, Le cerf et les animaux d’Europe, Ed NATHAN, 1984 (5)
J. SHOSHANI, Les éléphants, Encyclopédie visuelle Bordas, 1993 (4)
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Printemps des Sciences
Musée de Zoologie
15 Mars 2002
M. Walravens-Loneux (ULG)
C. Siemianow (HEC Rivageois)