Diagnostic d un écosystème : Distinguer le vivant du mort

Figure n°37 : Exergie totale et structurale, de réduction et d oxydation, des placettes de l écosystème

Figure n°38 : Distance _{totale et structurale à l équilibre thermodynamique des placettes}

Commentaires : Ces graphiques, qui font distinctement apparaître les niveaux de « respiration »

des placettes, en rapport à leurs niveaux de réduction, nous offrent une toute nouvelle lisibilité des gradients de leur évolution et de leurs causes. Nous allons les analyser placette par placette.

Placette n°1 : C est la pleine santé, avec un rapport redox très équilibré, en masse et en structure. Si l_{oxydation semble cependant fortement dominer, ce n est que sur le plan de} l exergie en masse, et non sur le plan thermodynamique, qui nous renseigne sur le niveau d information de cette exergie. Le système est bien vivant.

L_{équilibre redox de la biodiversité serait ainsi seul à même d entretenir la chaîne trophique de} l Ecosphère, sachant que les facteurs proportionnels de cet équilibre doivent dépendre de

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Exergie structurale (CHL-GPL) des placettes de l'écosystème Zone non eutrophiée Zone d eutrophisation intermédiaire Zone eutrophiée avant crash d algues Zone eutrophiée après crash d algues

1 - Exergie structurale d'oxydation (GPL) en KJ.g-1 2 - Exergie structurale de réduction (CHL) en KJ.g-1

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© R.Loiret, 2013 Source des données de base : Jørgensen et autres, 2007

Niveaux de respiration des placettes

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Exergie totale (CHL-GPL) des placettes de l'écosystème Zone non eutrophiée Zone d eutrophisation intermédiaire Zone eutrophiée avant crash d algues Zone eutrophiée après crash d algues

1 - Exergie totale d'oxydation (GPL) en KJ.m-2 2 - Exergie totale de réduction (CHL) en KJ.m-2

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2 Niveaux de respiration des placettes

© R.Loiret, 2013 Source des données de base : Jørgensen et autres, 2007

0,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 1 2 3 4 Estuaire de Mondego

Distance structurale à l'équilibre thermodynamique des placettes

Zone non eutrophiée Zone d eutrophisation intermédiaire Zone eutrophiée avant crash d algues Zone eutrophiée après crash d algues

1 - DBSO = Exergie structurale d'oxydation x indice Ҟa en KJm.g-1 2 - DBSR = Exergie structurale de réduction x indice Ҟa en KJm.g-1

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© R.Loiret, 2013 Source des données de base : Jørgensen et autres, 2007 0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1000,000 1200,000 1400,000 1 2 3 4 Estuaire de Mondego

Distance totale à l'équilibre thermodynamique des placettes

Zone non eutrophiée Zone d eutrophisation intermédiaire Zone eutrophiée avant crash d algues Zone eutrophiée après crash d algues

1 - DBO = Exergie totale d'oxydation x indice Ҟa en KJ.m-1

2 - DBR = Exergie totale de réduction x indice Ҟa en KJ.m-1

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2

chaque espèce d autotrophe en elle même, ainsi que des rapports entre autotrophes et hétérotrophes au sein de l écosystème.

Mais leur ét_{ude détaillée ne saurait faire l objet de ce rapport.}

Placette n°2 : Nous observons une chute vertigineuse de l exergie totale de la masse totale), tant d oxydation que de réduction. La biomasse autotrophe a littéralement fondu, et les zostères notamment ont entièrement disparu ; _{et avec elle les capacités d entretien de la chaîne} trophique.

Cette évolution se vérifie _{avec l exergie structurale, et s amplifie encore avec la distance à} l équilibre, totale et structurale, de cette placette.

Placette n°3 : Nous pourrions à priori nous réjouir des évolutions de la placette n°3 au vu de

son exergie totale, en réduction et respiration. La vie semble redémarrer.

Mais pourquoi cette placette est-elle alors diagnostiquée comme la plus eutrophiée ?

L exergie structurale nous renseigne un peu plus. Ce n était qu une évolution en masse comparée_{, alors que l évolution structurale montre une poursuite de la chute de l oxydation} (respiration de la chaîne trophique), et une légère évolution de _{la réduction. C est donc le signe} de développement d une autre espèce que les zostères, d un rapport redox moins dynamique. Pourtant_{, en comparant la seule exergie des placettes n° et , cette explication n est pas} entièrement convaincante. Il y a regain de _{l exergie totale redox, et la légère augmentation de la} réduction structurale pourrait vouloir dire que la production d oxygène (et non sa consommation) remonte en puissance.

D évidence, les exergies totales et structurales ne suffisent plus ici à expliquer les gradients d évolution, et à diagnostiquer l eutrophisation.

C_{est la distance à l équilibre thermodynamique qui va alors prendre le relai pour nous fournir} l explication complète.

Entre les placettes n°2 et 3, la distance totale et structurale _{d oxydation a continué à diminuer} pour disparaître complètement, alors que la distance totale de réduction _{s est fortement} développée. Le rapport redox ayant disparu, c est un signe que la biodiversité ne fonctionne plus, avec une masse de carbone qui ne respire plus par elle même (comme respirent les arbres ou les zostères). _{Or qu est-ce qu une masse organique qui ne respire plus ?, c est une masse} « morte », qui va connaître un processus d oxydation puis de réduction, certes, mais généré par des forces extérieures à elle même (oxydation par les microorganismes puis subduction des parties non dégradables dans les couches profondes de la Biosphère).

Nous permettant de distinguer les masses vivantes de carbone réduit (par un processus endogène), des masses mortes de carbone en _{voie d être oxydées par un processus exogène , la} distance à l équilibre thermodynamique comparée de la réduction et de l oxydation, nous permettrait ainsi de distinguer le vivant du mort !

Ce qui représente pour le moins un indicateur fondamental de santé ; et ce qui nous mène finalement aux algues vertes. On sait la dépendance de ces algues _{qui n ont ni racines ni tronc à} l azote libre, quand les zostères sont capables de le tirer du sol (réseau racinaire) au fur et à mesure de leurs besoins, pour le fournir ensuite (GPL) aux hétérotrophes de la chaîne.

Si elles exercent par là une évidente fonction de « nettoyage _{» de l azote en excès, il n en reste} pas moins que par leur croissance très rapide et leur demande en oxygène probablement très supérieure à leur capacité de réduction, _{elles s étouffent et meurent rapidement, formant des} masses mortes de carbone en suspension avant de se déposer au fond _{de l eau ; où elles sont} décomposées/oxydées par les hétérotrophes, eux-mêmes très demandeurs en azote et oxygène, amplifiant ainsi le cycle négatif _{jusqu à eutrophisation complète.}

Ainsi, l équilibre redox de l exergie totale était trompeur et seule la distance à l équilibre thermodynamique nous aura permis de mettre en évidence le processus.

Ce n était pas une espèce autotrophe typique de l Ecosphère, générant par elle même, sur le long terme, cet équilibre fonctionnel redox _{issu de l endosymbiose au sein de sa propre masse vivante} (réduction, stockage et oxydation endogène du carbone, comme les arbres ou les zostères) ; c était une espèce participant des très anciens processus fonctionnels de la Biosphère où réduction et oxydation étaient _{alors distincts, à l exemple des tapis microbiens ; soit une} croissance exponentielle et un besoin de lumière impliquant que seule la couche supérieure du tapis reste vivante, quand l oxydation et le stockage du carbone sont exercés sur et par la masse morte inférieure en voie de subduction.

Ce qui semble mettre en lumière un jeu différentiel et/ou concurrentiel _{s exerçant entre les} processus redox endogènes des organismes vivants autonomes de l Ecosphère, et les processus redox participant de la matière vivante de la Biosphère (cf. chapitre 3).

Placette n°4 : L_{exergie totale ne nous dit rien de significatif, comparée à la placette n°2. Avec}

l exergie structurale et la distance structurale à l équilibre, le contraste avec les placettes n°2 et 3 est par contre très frappant. Les masses mortes de carbone ont disparu pour être remplacées par une respiration complètement dominante, qui marque un redémarrage de la vie de la placette, quoiqu avec une masse totale encore très faible disponibilité de l oxygène , et aucune capacité réductrice autotrophe _{production d oxygène . Il est probable que le retour à la} situation de la placette n°1 demandera beaucoup de temps.

Nous arrêterons là notre étude appliquée de l indice Ҟa et de sa conjugaison pour un écosystème mesurable _{à partir d un ensemble d organismes identifiés. Notons pour mémoire que nous avons} aussi testé cet indice pour évaluer les fonctions redox et la distance à l équilibre d une communauté d organismes de la macrofaune du sol ; que par ailleurs, à une échelle fort différente, nous avons évalué _{la distance à l équilibre de l atmosphère terrestre.}

4.4 D_{e l écosystème au territoire}