-
La production de matière
organique
• L’autotrophie est la production, par un
organisme vivant, de matière organique par réduction de matière inorganique. Ce mode de nutrition caractérise les végétaux
chlorophylliens (verts), les cyanobactéries, et les bactéries sulfureuses.
• Les organismes autotrophes sont donc
capables de se développer sans prélèvement de molécules organiques dans le milieu, au contraire des organismes hétérotrophes
• Les organismes autotrophes constituent
généralement le premier maillon d’une chaîne alimentaire, et sont à l’origine de quasiment toute la matière organique dans un
• Les matières inorganiques utilisées sont généralement le carbone (sous forme de
dioxyde de carbone) ou encore l’azote (sous forme de NO3 ou de N2) et l'eau. Cela
s’accompagne d’un prélèvement de sels minéraux dans le milieu. (ions nitrate, phosphate…)
• L’énergie nécessaire à cette synthèse provient de :
• la lumière, grâce à la photosynthèse, dans les cellules chlorophylliennes. On parle dans ce cas de photoautotrophie.
• l'énergie libérée par des réactions chimiques, grâce à la chimiosynthèse des bactéries
sulfureuses, par exemple. On parle dans ce cas de chimioautotrophie
• Exemples d'organismes autotrophes
• La plupart des végétaux (métabiontes) et glaucophytes.
• Les espèces de la lignée brune (autrefois classés comme "algues brunes").
• Les dinophytes (autrefois placés parmi les "algues brunes"). • Les euglénobiontes, (classés autrefois parmi les algues vertes). • Les chlorarachniophytes.
• Les cyanobactéries. • Les protéobactérie γ.
• Les bactéries vertes sulfureuses.
• Les bactéries vertes non sulfureuses. • Les aquificales.
• Certaines bactéries vivant dans les profondeurs de la Terre, ou dans les monts hydrothermaux près des dorsales océaniques.
• Quantification
• Sur terre il s'agit essentiellement de la
biomasse végétale constituée des plantes présentes du sol à la canopée (y compris épiphytes).
• Dans les milieux aquatiques, il s'agit
généralement de la biomasse totale (séchée avant d'être pesée) des autotrophes
photosynthétiques, c'est-à-dire du total des plantes aquatiques (enracinées ou libres) ainsi que du phytoplancton et des bactéries
photosynthétiques. Certaines plantes semi-aquatiques peuvent avoir des feuilles
Décomposition de la matière
organique
• L'essentiel de la minéralisation se réalise dans les eaux oxygénées, avant la sédimentation des
détritus sur le fond. L'oxygène O2 sert d'accepteur d'électron universel.
La dégradation est divisée en différentes étapes, au cours desquelles les produits issus d'une
transformation sont les intrants utilisés par la transformation suivante. A l'issue de chaque
étape, les molécules organiques sont simplifiées par suite de dépolymérisation, d'hydrolyse ou de fermentation.
• Les substrats organiques simples (acides aminés, mono- et oligosaccharides, acides organiques simples et acides gras insaturés à chaîne courte) sont assimilés et minéralisés par les bactéries beaucoup plus rapidement que les composés organiques plus complexes (Wetzel, 1983). Ainsi, les composés humiques ont généralement des liaisons phénoliques qui les rendent récalcitrant à la dégradation
• De même, les éléments azotés sont généralement utilisés plus rapidement que les substances
carbonées, si bien que le ratio C/N de la matière organique augmente au cours du temps. On peut donc distinguer les différentes matières
organiques en fonction de leur caractère labile ou réfractaire à la dégradation bactérienne.
Suivant les substrats mis en jeu et les bactéries qui intervennent, des substances comme le
phosphate, l'ammoniac ou le dioxyde de carbone sont libérés dans le milieu à différentes étapes du processus de décomposition.
• L'ammonification est la production d'ammoniac (NH3) à partir de matière organique azotée. Elle comporte différentes étapes. La première est une protéolyse, réalisée par différentes bactéries
(Bacillus, Pseudomonas, Micrococcaceae,
Achromobacteriaceae). Les produits issus de cette protéolyse sont des acides aminés qui
subissent une désamination lors de la deuxième étape (Achromobacteriaceae, Bacillus,
Pseudomonas, Corynebacterium). Suite à celle-ci, de l'ammoniac (NH3) est produit.
• Le phosphore organique provenant des
organismes morts et des excréments est aussi transformé par l'activité bactérienne en
phosphore minéral. Les bactéries utilisent des phosphatases pour séparer l'orthophosphate de la matière organique. La minéralisation du
phosphore organique recycle 55 à 85 % du
phosphore nécessaire à la production primaire. La dernière étape est une oxydation qui fait
intervenir l'oxygène comme accepteur final d'électron. Elle aboutit à la formation de gaz carbonique et d'eau.
• En anaérobiose
• Lorsque le milieu est totalement désoxygéné
comme cela est généralement le cas à proximité et dans le sédiment, d'autres populations
bactériennes entrent en jeu. En conditions
anaérobies, les vitesses de minéralisation sont inférieures à ce qu'elles sont en conditions
aérobies. De nombreuses substances et
composés métaboliques intermédiaires agissent comme des accepteurs d'électrons et sont réduit en lieu et place de l'oxygène moléculaire.
• En anaérobiose, la fermentation méthanique est la principale voie de dégradation de la
matière organique. Elle est identique à ce qui se produit dans un rumen de ruminant. Elle fait intervenir deux populations bactériennes. La matière organique est convertie en
méthane et dioxyde de carbone en quatre
étapes. Les trois premières sont réalisée par la population bactérienne acidogène ; la
dernière l'est par la population bactérienne méthanogène.
• La première étape est en fait une hydrolyse. Les matières organiques sont dépolymérisées par des enzymes lytiques exocellulaires :
cellulase, amylases, protéases, lipases. Les bactéries sont anaérobies strictes ou
• La deuxième étape est l'acidogenèse. Une partie des monomères produits lors de la première étape est convertie en acide
organiques (acides gras, acide acétique, acide propionique, acide butyrique), acétate, alcool etc. Cette étape est réalisée par des bactéries anaérobies strictes (Clostridium, Bacteroides, Bifidobacterium etc.) ou facultatives
• La troisième étape est l'acétogenèse. C'est l'étape fondamentale car elle transforme les produits de l'acidogenèse en précurseurs directs du méthane : acide acétique, acide formique, CO2, H2. Les
bactéries acétogénétiques sont encore mal
connues; On peut citer des espèces des genres Desulfovibrio ou Clostridium
• La quatrième étape est la méthanogenèse. A l'issue de réactions relativement complexes, on aboutit à la production de méthane. Ces réactions utilisent généralement H2 comme donneur d'électron, mais d'autres molécules (acétate, formate, méthanol etc.) peuvent
aussi jouer ce rôle. On distingue ainsi deux voies :
• Activité bactérienne organotrophe
• Dans certaines conditions, les bactéries vont ingérer les matières organiques disponibles pour produire leur propre biomasse. Lorsque cette activité est élevée, elle peut avoir des conséquences importantes.
• Ainsi, selon Bérard (1993), un milieu riche en carbone et pauvre en azote favorise le
comportement organotrophe des bactéries par rapport à la minéralisation, et en
conséquence dynamise le microzooplancton bactériophage ,protozoaires.
Très riches en protéines, les bactéries constituent en effet une excellente
alimentation pour de nombreux organismes aquatiques.
• C'est le cas des protozoaires cillés
(paramécies) et de l'ensemble du zooplancton filtreur qui en consomme d'énormes
quantités. Un zooplancton très dense peut
être obtenu en utilisant ce type de nourriture. Les bactéries sont aussi utilisées directement par plusieurs espèces de cyprinidés.
• En ingérant des particules organiques mortes de quelques millimètres de diamètre en
suspension dans l'eau, la carpe absorbe
également les très abondantes bactéries qui recouvrent ces détritus et leur confèrent des qualités nutritives intéressantes. Il en est de même pour la carpe argentée qui, en filtrant l'eau, absorbe de nombreuses bactéries
• Productivité de la biomasse
• La plupart des auteurs définissent la productivité de la biomasse comme la
quantité de biomasse produite par unité de surface pendant une unité de temps, ce qui équivaut à la production primaire nette
• La productivité est en réalité définie comme le rapport entre la production pendant un temps donné et la biomasse présente dans le milieu. Les végétaux produisent une certaine quantité de matière organique par unité de temps,
sous l’effet de la photosynthèse. Cette
quantité produite est dénommée production brute.
