Les plantes règnent sur la terre, … elles font "seulement" 80% de la biomasse !

Résumé

La (bio)masse totale des êtres vivants sur terre a été estimée récemment à 550 milliards de tonnes de Carbone ( GT C) dont la majorité se trouve dans des plantes; les animaux ne font que 2 GT C. Les humains sont à peine 0.06 GT C mais leur impact sur la biomasse a pu être estimé par la diminution de moitié des végétaux depuis 10'000 ans et par la domination impressionnante de la masse des mammifères d'élevage (20 fois plus que les sauvages ) et des oiseaux d'élevage (poules etc) qui représentent autant de GT C que tous les autres oiseaux réunis. La seconde place des bactéries à 70 GT C sera une surprise pour beaucoup d'élèves (et franchement pour moi aussi...)
Ces données permettent de chiffrer des enseignements classiques des pyramides trophiques, mais remettent en question et complexifient. Quelques réflexions sur la tension entre "vérité" scientifique et nécessaire clarté des objectifs termineront cette publication.

Les plantes règnent sur la terre; elles représentent "seulement" 80% de la biomasse

Une étude récente, rapportée par Pennisi, E. (2018) dans une news de Nature ici, estime la biomasse (mesurée en Gigatonnes de Carbone pour pouvoir comparer des organismes plus ou moins gorgés d'eau etc : GT C)  de tous les êtres vivants sur notre globe. Sur un total de 550 GT C, ils calculent que les plantes font ~80% (environ 450 GT C) suivies par les  bactéries (70 GT C) et  les champignons (12 GT C). Les animaux ne font que 2 GT C dont la moitié sont des arthropodes. Les humains sont à peine 0.06 GT C (environ autant que le krill ou les termites !) mais leur impact sur la biomasse est énorme : par exemple les humains avec le bétail et les autre animaux d'élevage pèsent 20 fois plus que les mammifères sauvages, les oiseaux d'élevage dépassent tous les oiseaux "naturels" (dans le sens non modifiés par l'élevage). Les humains ont aussi eu un effet sur la biomasse végétale en la réduisant de moitié au cours des derniers 10'000 ans.


Fig 1: biomasse (en Gigatonnes de Carbone :GT C) des êtres vivants sur notre globe selon les règnes (kingdom) [img]. Source : Pennisi, E. (2018), d'après Bar-On, Y. M., Phillips, R., & Milo, R. (2018) ici.

Bar-On, Y. M., Phillips, R., & Milo, R. (2018)  donnent aussi des estimations pour le nombre d'individus de différents taxa dans la  SI Appendix, Table S1.  (Les membres Expériment@l-Tremplins peuvent obtenir ces articles…).

On y trouve par exemple qu'ils estiment avoir un bon degré de certitude pour les plantes"The uncertainty associated with our estimate of the biomass of plants is relatively small (≈1.2-fold)" , mais sont bien moins sûrs d'eux pour les bactéries "uncertainty associated with our estimate of the biomass of bacteria is much larger (≈9-fold)." SI Appendix, Table S1. p. 6 "

La biomasse sur terre émergée :  bien plus que dans les mers!

La biomasse établie (en compilant des publications) est répartie ainsi : 470GT C pour les terres émergées, 70 GT C pour les profondeurs des océans et du sol ( > 8m)  et seulement 6 GT C pour la biomasse marine (cf fig. 2) . La répartition des différentes catégories entre ces 3 domaines montre que les plantes sont surtout à la surface terrestre et les archées en profondeur.  (cf fig. 2)

Fig2 : Distribution de la biomasse  de différentes  êtres vivants en fonction des environnements et modes trophiques (diagramme de  Voronoi)  [img]. Source : Bar-On, Y. M., Phillips, R., & Milo, R. (2018)

Revoir nos documents d'enseignement ?

Classiquement on propose aux élèves des pyramides des biomasses basées sur un modèle de rendement théorique de 10% à chaque niveau trophique, ce qui impliquerait que les producteurs feraient pratiquement 90% (ok les matheux me feront un procès, ou s'amuseront à calculer le chiffre exact,…) mais la réalité est plus diverse bien sûr. 





Fig. 3: Pyramide des biomasses théorique  [img]. Source : http://owsenergyflow.weebly.com/biomass.html


Certains ouvrages donnent des pyramides des exemples chiffrés (cf fig. 3) , mais ces valeurs changent fortement d'un exemple à l'autre (bien sûr !) et sont parfois écartées parce que trop complexes...

Fig.4 : Pyramide des biomasses chiffrée . Source : Campbell (2017)


Fig.5 : Pyramide des énergies chiffrée. Source : Macfayden 1963 in Duvigneaud, P. (1980) 

Ces variations peuvent troubler les élèves qui préfèrent souvent des affirmations simplement vraies à apprendre.
Chevallard (1991) montre dans ses recherches sur la Transposition Didactique que cette transformation des savoirs de recherche en savoirs en classe n'est pas un appauvrissement regrettable, mais inévitable et nécessaire. (Adaptation à la biologie ici ) Les contraintes en classe font que  certains savoirs y vivent et d'autres y dépérissent. Et les chiffres bien clairs comme ce 10% sont plus faciles à mettre en oeuvre dans des exercices, plus aisés à évaluer et ont une certaine reconnaissance sociale qui rassure (les parents ont vu ça "de leur temps").
Il n'est donc pas surprenant que ces pyramides simplifiées et une mémorisation de "10x moins à chaque passage de niveau" perdurent et vivent en classe.
Avec parfois le résultat que les élèves répondent qu'il y a dix fois moins de poissons que de plancton et 10 x moins de mercure à chaque niveau trophique…  

Faut-il dire la "vérité" scientifique ou les aider à réussir l'examen ?

Une question se pose chaque fois que les progrès de la science remettent en question nos savoirs enseignés : faut-il ignorer ces modifications pour que l'ensemble du cours reste cohérent, que ce soit plus facile à apprendre pour les élèves - ou faut-il les aider à comprendre toute (ou au moins progressivement à une partie de) la complexité d'un monde qui parait changer au fur et à mesure que la science le décrit et le modélise plus précisément.
Unversement, si on change des affirmations bien ancrées dans les pratiques et la tradition, on risque que certains élèves tournent le dos à ces savoirs instables " vous avez dit des bêtises à mon père, je ne vois pas pourquoi je vous écouterais !"
Inversementsi on ne change pas on risque - et ce risque s'accroit avec l'arrivée des tablettes et smartphones en classe - qu'un élève dise "M'dame/ M'sieur, regardez, là dans Nature, ils disent que c'est 80% de végétaux ! Comment ça peut faire 10x moins à chaque niveau trophique ? "
On ne voudrait pas rabrouer ou écarter cet élève - il adopte une posture de scepticisme très scientifique, mais clairement il complique le travail de l'enseignant-e  !
La tension entre a) le besoin de "vérité" scolaire -  celle qui assure la bonne note - et b) une "vérité" scientifique forcément temporaire et complexe, nuancée et déterminée par des méthodes est une tension que les biologistes doivent affronter.
Ce paradoxe se résout peut-être lorsque les élèves sont au clair sur la différence entre

• a) La nécessaire clarification des objectifs : les savoirs et notamment modèles à institutionnaliser (simplifiés) : ceux que les élèves doivent savoir utiliser, qui assurent  une bonne note et qui sont définis et (pour l'année scolaire) absolus dans le cadre de la classe.
  
• b) L'état actuel des connaissances, complexes forcément susceptibles de changer, qui souvent font l'objet de débats, ont un degré de validité et de certitude partiel mais bien défini pour les chercheurs. 

Une question pour l'avenir des élèves.

La réduction de biomasse depuis l'apparition de l'homme est précisée dans l'Appendix.

"For plants, however, some estimates are available. The biomass of plants is dominated by trees. Estimates put the global biomass of trees before human civilization at around twice its current value (294). As plants are the dominant fraction of global biomass, this means that humans have reduced the total biomass of the biosphere to about half of its pre-human value." p. 59

Cela nuance pas mal l'affirmation un peu définitive de la news "Humans have also had an impact on plant biomass, which has been cut in half in the past 10,000 years" Pennisi, E. (2018). Encore une fois l'inévitable et nécessaire simplification ?

Jonassen (2003), dit que le péché intellectuel le plus grave qu'un enseignant puisse commettre est de simplifier les idées enseignées aux élèves afin de faciliter leur transmission... Mais qui les prépare à affronter un monde qui est complexe ?

"The greatest intellectual sin that we educators commit is to oversimplify most ideas that we teach in order to make them more easily transmissible to learners. In addition to removing ideas from their natural contexts for teaching, we also strip ideas of their contextual cues and information and distill the idea to their "simplest" form so that students will more readily learn them. But what are they learning? That knowledge is divorced from reality, and that the world is a reliable and simple place.  But the world is not a reliable and simple place, and ideas rely on the contexts they occur in for meaning " Jonassen, D. H. (2003) p.8

Une question ... complexe (même pour nous !)

Cette réduction de biomasse pourrait-elles impliquer que ces végétaux pèseraient (pardon les physiciens: auraient une fraction de la masse équivalente à) 90% sans les humains ? Signifie-t-elle que les animaux ont aussi diminué de moitié ?
Une belle question ouverte pour faire débattre et discuter les méthodes et les conclusions.

On pourrait aussi se demander ou est passé tout le carbone de ces plantes disparues…

Sources :

• Bar-On, Y. M., Phillips, R., & Milo, R. (2018). The biomass distribution on Earth. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(25), 6506‑6511. https://doi.org/10.1073/pnas.1711842115 | SI Appendix, Table S1.
• Chevallard, Y. (1991). La transposition didactique. Du savoir savant au savoir enseigné (2e éd. revue et augmentée, 1985 lre ed.). Grenoble: La Pensée sauvage.
• Duvigneaud, P. (1980). La synthèse écologique: populations, communautés, écosystèmes, biosphère, noosphère. Paris, France: Doin.
• Jonassen, D. H. (2003). Learning to Solve Problems with Technology: A Constructivist Perspective. Upper Saddle River NJ USA: Merrill Prentice Hall.
• Lombard, F., & Weiss, L. (2018). Can didactic transposition and popularization explain transformations of genetic knowledge from research to classroom? Science & Education, 27. doi: http://dx.doi.org/10.1007/s11191-018-9977-8 |freely accessible a full-text view-only version https://rdcu.be/1kGF
• owsenergyflow (s. d.). Biomass. Consulté 20 juin 2018, à l'adresse http://owsenergyflow.weebly.com/biomass.html
• Pennisi, E. (2018). Plants outweigh all other life on Earth. Consulté 20 juin 2018, à l'adresse http://www.sciencemag.org/news/2018/05/plants-outweigh-all-other-life-earth