Un écosystème comprend l'ensemble de la communauté qui habite un territoire donné, mais aussi les éléments non-vivants qui s'y trouvent (nutriments, eau, air...). Un écosystème comprend donc les éléments vivants et non-vivants, ainsi que toutes les interactions qu'ils auront afin de recycler la matière et de rentabiliser l'énergie. Lors de ces échanges, il est important de distinguer le flux de matière et le flux d'énergie. C'est ce que nous étudierons ici. 

Les relations trophiques d'un écosystème, c'est l'ensemble des relations liées à l'alimentation des différents organismes qui forment un écosystème. Il existe trois niveaux trophiques, soit les producteurs, les consommateurs et les décomposeurs. Chacun d'entre eux auront un rôle important à jouer dans l'étude des flux de matière et d'énergie. 

Lorsqu'on parle du flux de matière, on parle des composantes, sels minéraux et nutriments, qui serviront de matière première pour la constitution des organismes. Ainsi, on distingue la matière inorganique (matière qui n'est pas produite par un organisme vivant comme l'eau ou les sels minéraux) et la matière organique (matière qui compose les organismes vivants comme les sucres, les protéines, les gras...). 

Les organismes producteurs sont dits autotrophes, c'est-à-dire qu'ils sont en mesure d'utiliser l'énergie solaire pour transformer la matière inorganique en matière organique et ainsi, d'assurer par eux-mêmes leur survie. On parle ici des végétaux de nos forêts, des arbres et des fleurs, mais aussi des plantes aquatiques et des différentes espèces de phytoplancton. Ils ont une importance capitale puisqu'ils sont à la base de la chaine alimentaire. Ils fournissent donc la matière organique et l'énergie à tout l'écosystème dans lequel ils évoluent. Ce sont d'ailleurs les producteurs qui sont les premiers à réintégrer un milieu lorsqu'il subit une catastrophe comme un incendie ou une éruption volcanique. 

Les consommateurs sont hétérotrophes, c'est-à-dire qu'ils ne peuvent transformer la matière inorganique en matière organique. Ils doivent donc assurer un apport en matière organique via leur alimentation. Un écosystème peut supporter un certain nombre de niveaux de consommateurs. Ainsi, les consommateurs de premier ordre sont les animaux granivores ou herbivores qui se nourrissent directement du producteur. En d'autres mots, les consommateurs primaires sont les herbivores. Si certains ont une petite taille, comme les insectes ou le zooplancton, les consommateurs primaires peuvent aussi avoir une taille impressionnante comme c'est le cas pour les chevaux, les rhinocéros ou les éléphants. 

Les consommateurs secondaires, les carnivores, se nourrissent des consommateurs primaires. Encore une fois, ils ont une taille très variable, allant des araignées et de certains insectes aux baleines bleues (qui se nourrissent de krill, des petits crustacés), en passant par les lions et par une grande variété d'oiseaux. Certains écosystèmes supportent des consommateurs de troisième et de quatrième ordre. On pense par exemple à certains oiseaux ou certains petits mammifères qui se nourrissent d'araignées, mais qui peuvent être mangés par des serpents ou des oiseaux de proies. 

Évidement, certaines espèces sont difficiles à classer puisqu'elles appartiennent à plus d'un niveau. Certains poissons, par exemple, se nourrissent autant de phytoplanctons que de zooplanctons. Les ours noirs se nourrissent principalement de végétaux, mais ils mangent aussi des insectes et du poisson. 

Il faut donc comprendre que si on parle généralement de chaîne alimentaire, il serait plus approprié de parler de réseau alimentaire, soit un ensemble de chaines alimentaires qui sont reliées entre elles.  

Les décomposeurs sont des organismes qui se nourrissent des déchets organiques et des cadavres d'organismes morts. On compte parmi eux les champignons, les bactéries, les acariens, plusieurs espèces de vers (nématodes, annélides...) plusieurs sortes d'insectes, certains crustacés, etc. On distingue deux types de décomposeurs, soit les détritivores, qui se nourrissent des détritus, et les transformateurs, qui sont en mesure de transformer la matière organique en matière inorganique et d'ainsi, recycler la matière et la rendre disponible pour les producteurs. 

Leur rôle est donc primordial puisque c'est grâce à ces organismes si le sol peut s'enrichir et permettre aux végétaux de jouer pleinement leur rôle. Il est important de comprendre que la matière dans un écosystème est limitée et que la quantité de biomasse diminue lors du passage d'un niveau trophique à l'autre. C'est la raison pour laquelle on dit qu'un milieu est limité dans ses ressources et ne peut pas toujours soutenir un vaste écosystème. 

Ce recyclage chimique entre en jeu dans plusieurs cycles biogéochimiques comme dans celui du carbone, de l'azote ou du phosphore. 

Si la matière peut être récupérée par les décomposeurs, il n'en n'est pas de même au niveau de l'énergie. Ainsi, si le passage d'un niveau trophique à l'autre est associé à une importante perte d'énergie, celle-ci ne peut être récupérée par les décomposeurs comme c'était le cas pour la matière. Cette énergie est perdue sous forme de chaleur pour croître, se déplacer, se reproduire ou se décomposer. L'énergie du Soleil et le travail des producteurs sont donc essentiels pour la survie de l'ensemble de l'écosystème. C'est d'ailleurs ce qui explique comment la chute d'une astéroïde dans le Golfe du Mexique ait pu affecter l'ensemble de la planète et causer la disparition de plus de la moitié des espèces, notamment les dinosaures. La Terre aurait alors été enveloppée par une importante couche de nuages de poussières empêchant ainsi les plantes de faire de la photosynthèse. Comme les végétaux sont les organismes dont le rôle est de capter l'énergie solaire et de fournir en énergie l'ensemble de la chaine alimentaire, ce sont toutes les espèces qui ont souffert de cette baisse de luminosité. Les consommateurs primaires, privés de nourriture pour leur fournir de l'énergie, seraient d'abord disparus, suivis des consommateurs secondaires et ainsi de suite. Ceux qui auraient alors survécu sont les plus petits, qui ont besoin de moins de nourriture et qui, jusque là, étaient de petite taille pour se cacher des terribles prédateurs géants. Parmi ces petits survivants, il y avaient des mammifères qui ont ainsi profité de la disparition de leur plus grands prédateurs. 

On appelle productivité primaire d'un écosystème la quantité de nouvelle matière organique (biomasse) produite dans un milieu. Comme nous l'avons dit, cette productivité repose avant tout sur les producteurs. Celle-ci dépend de la quantité et de l'accessibilité d'eau, d'énergie solaire et de nutriments, mais aussi des conditions climatiques du milieu. Toute perturbation pouvant faire fluctuer ces facteurs et ainsi, influencer la productivité primaire peut potentiellement déséquilibrer un écosystème. Un période de sécheresse, une augmentation de la turbidité de l'eau, une variation de la température, un appauvrissement des sols, les causes peuvent être multiples et les conséquences dépendent évidement du milieu qui est touché. Ainsi, certains milieux sont plus fragiles et récupèrent plus lentement d'une catastrophe. C'est d'ailleurs la raison pour laquelle l'exploitation forestière au Québec est fortement règlementée, et ce, particulièrement dans les régions nordiques où la productivité primaire est plus faible. L'idée est d'assurer la pérennité de la forêt, mais aussi de la ressource pour l'industrie. 

Lors d'une perturbation importante, la réaction du milieu suit un long processus qui permet à l'écosystème d'atteindre un nouvel équilibre. On appelle ce processus la succession écologique. Nous avons déjà évoqué plusieurs perturbations naturelles pouvant créer un débalancement et menacer la vie des écosystèmes comme une sécheresse, une période de crue, un feu de forêt ou une éruption volcanique. L'homme peut aussi être la cause de ces perturbations. L'exploitation forestière ou minière, l'introduction d'un organisme exotique dans un milieu ou la contamination d'un milieu peuvent être des sources de perturbations d'un milieu et peuvent causer un certain stress sur l'écosystème. 

Évidement, comme un milieu a besoin d'une productivité primaire pour pouvoir s'établir, ce sont les producteurs qui seront les premiers à regagner un milieu dans lequel une perturbation a causé une destruction totale ou partielle de la communauté présente. On appelle cette étape la succession primaire. Ce sont les lichens, les bactéries, puis les herbes et arbustes et enfin, les plus grands végétaux qui colonisent d'abord ces terres désolées. Lorsque les producteurs se sont établis, la faune suit, y voyant une nouvelle source de nourriture. Lorsque le sol a été épargné par la catastrophe, le renouvellement se fait plus rapidement. On parle alors de succession secondaire. 

Comme on l'a évoqué en traitant de la disparition des dinosaures, ce ne sont pas toujours les espèces qui étaient présentes avant la perturbation qui recolonisent les terres. Ainsi, après la grande extinction du Crétacé, ce sont les mammifères qui ont profité de cette grande période de renouveau pour se développer et reconquérir le territoire. 

Les déserts ont principalement deux particularités importantes qui limitent la vie qui peut s'y établir : de faibles quantité de précipitations et un sol pauvre qui ne permet pas aux plantes de s'y établir. Comme l'air est sec, il change aisément de température. Il y fait donc très chaud le jour et très froid la nuit. La rare végétation comporte des racines très longues pour pouvoir aller puiser l'eau profondément dans le sol et des feuilles étroites, voir de simples épines. Les animaux y sont aussi très rares et ceux qui y vivent se sont adaptés en ne sortant que la nuit, en se constituant des réserves d'eau et de graisses (chameaux et dromadaires) ou en limitant l'eau dans leurs urines (reptiles et insectes). On y retrouve notamment des lézards, des serpents, des scorpions ou des petits rongeurs. 

Les prairies tempérées sont semblables aux savanes. Cependant, elles sont caractérisées par une saison froide et longue et une saison chaude comportant certaines périodes de sécheresse. On y reconnait sans doute les climats canadiens, mais il existe aussi des prairies en Amérique du sud, en Asie et en Australie. Comme pour la savane, la flore de la prairie comporte peu d'arbre, mais une grande variété de graminées (herbes) et de plantes à fleurs. Les troupeaux de grands herbivores y sont présents, mais les rhinocéros et les girafes sont remplacés par les bisons, les chevaux sauvages et les cerfs. On y retrouve aussi une grande variété d'insectes comme des sauterelles et des papillons. Ces sols fertiles en font des zones de prédilection pour la culture du blé et de diverses céréales. Contrairement aux trois premiers biomes, on retrouve des prairies au Canada, principalement dans les provinces centrales de l'Alberta, de la Saskatchewan et du Manitoba. 

Comme les prairies, les forêts tempérées subissent les changements de saisons, mais les hivers y sont plus doux et les précipitations y sont abondantes durant toute l'année. Contrairement à la forêt tropicale, le sol de la forêt tempérée est riche en matière organique, notamment à cause de la chute des feuilles en automne. Au sud, on y retrouve principalement des feuillus, mais en remontant vers le nord, on y retrouve de plus en plus de conifères. Le sol est parsemé d'arbustes, de fougères et de champignons. On y retrouve aussi de nombreuses d'espèces insectes, de mammifères comme le raton laveur, le lièvre ou l'ours noir et d'oiseaux comme la chouette ou le merle. Si certaines espèces se sont adaptées à l'urbanisation de ces territoires comme la marmotte, l'écureuil ou le mulot, d'autres peinent à s'y retrouver comme le caribou, plusieurs espèces de tortues et de salamandres ou certains prédateurs comme le carcajou, l'aigle royal ou le pygargue à tête blanche. Le sud du Québec, une partie de l'Ontario et la majorité des provinces maritimes (à l'exception de Terre-Neuve-Labrador) se sont développés à travers la forêt tempérée. 

Au nord de la forêt tempérée se trouve la forêt boréale aussi appelé taïga. On n'y trouve que quelques feuillus dans un océan de conifères. Le sol y est plus pauvre, plus mince et surtout, plus acide et les hivers sont plus longs et rigoureux que dans la forêt tempérée. Si les arbres réussissent à y former une forêt dense, ceux-ci sont tout de même sensibles aux insectes (tordeuse d'épinette), aux maladies et aux feux de forêt et prennent un certains temps à se regénérer. On y retrouve plusieurs lacs et marécages qui aident à la reproduction des moustiques et des mouches noires. 

Ici, le sol est gelé durant toute l'année. On appelle cela le pergélisol. La pousse des plantes y est donc plus difficile en dehors des lichens, mousses et petits arbustes. Le sol y est couvert de neige durant presque toute l'année. Les animaux ne s'y aventurent donc que lors de la période estivale, lorsque les petites plantes qui réussissent à profiter d'une mince couche de sol dégelé offrent une source d'alimentation acceptable pour les caribous, les bœufs musqués ou les lemmings (petits rongeurs), ainsi que certains prédateurs comme le harfang des neiges, le renard arctique, l'ours polaire ou le loup. En Europe, ce sont les rennes qui migrent au nord faisant naitre des traditions et des croyances dans le cœur de bien des enfants jeunes et moins jeunes. 

La vie dans les milieux alpins dépend grandement de l'altitude à laquelle on se trouve. Ainsi, en montant en altitude, la température est plus basse, le sol moins riche, la végétation se rarifie, est de plus en plus petite, de plus en plus rachitique. Au sommet des plus hautes montagnes, on retrouve parfois des glaciers alpins qui couvrent le sol toute l'année durant. Ainsi, si on peut retrouver une végétation jusqu'à une altitude d'environ 1800 m, les étages supérieures habitent une biodiversité de moins en moins riche et elle devient quasi inexistante au-delà de 3000 m. Pour se donner une idée de ce que ça représente, le Mont d'Iberville dans la région du Nord-du-Québec est la montagne la plus haute au Québec et a une altitude de 1652 m. Nous sommes donc bien loin des 234 m du Mont Royal au centre de la ville de Montréal !

La zone néritique comprend les eaux peu profondes qui longent les côtes et recouvrent le plancher continental. Comme elles sont peu profondes, elles sont bien éclairées. Le phytoplancton et les plantes aquatiques peuvent aisément s'y reproduire et constitue la base de la chaine alimentaire qui comprend une vaste biodiversité incluant des poissons, des mammifères marins, du plancton, des crustacés, des calmars, des mollusques et même des oiseaux marins. C'est dans cette zone qu'on retrouve l'essentiel de la vie marine. Des crevettes de Matane au hareng du Golfe St-Laurent ou au homard des Maritimes, une grande partie de l'industrie de la pêche y trouve sa source. 

Lorsque les zones néritiques sont constituées d'eau plus chaude, on retrouve des structures de calcaire où la vie est particulièrement abondante. En effet, on y retrouve des écosystèmes à la biodiversité presqu'aussi riche que la forêt tropicale. Ces structures de calcaire, appelées récifs, sont formées par des invertébrés, les coraux. Bien que d'apparence spongieuse, les plongeurs doivent s'en méfier puisqu'ils sont durs et peuvent occasionner des blessures. Pourtant, les plantes aquatiques réussissent à s'y fixer et des milliers d'espèces y prolifèrent. Comme la vie qui s'y trouve se retrouve ensuite au fond des océans, les récifs coralliens sont un véritable piège à carbone et une solution possible à la surabondance des gaz carboniques atmosphérique. Malheureusement, les récifs sont en danger à cause de la surpêche, de l'acidification des océans et du réchauffement climatique. 

La zone littorale est, comme son nom l'indique, la zone située le long des côtes. Balayées par les vagues et soumises au rythme des marées, ces zones constituent tout de même l'habitat de crustacés, de moules, d'escargots et de vers. On y retrouve aussi des algues et des étoiles de mer. En gros, il s'agit des plages de sable ou de galets et des falaises qui bordent les mers. 

L'estuaire est l'endroit où l'eau salée de la mer et l'eau douce d'un fleuve ou d'une rivière se mélangent. Comme ce mélange en fait une zone riche en nutriments et en minéraux, il s'agit d'une région où la vie et la biodiversité est très abondante. En effet, les animaux vont s'alimenter et se reproduire dans ces zones où la nourriture ne manque pas. L'estuaire du St-Laurent en est un bon exemple. Couvrant une large zone entre la Mauricie et la Côte-Nord, on y retrouve entre autre la région de Tadoussac où on peut observer une grande faune aquatique, y compris des rorquals communs et des bélugas. 

Les cours d'eau comprennent les ruisseaux, les rivières et les fleuves. Ils sont caractérisés par un courant qui peut être fort par endroit et qui dépend des saisons. Ainsi, le courant des rivières est plus important à la fonte des neiges qu'en été, par exemple. Les eaux de ruissellements emportent avec elles moultes nutriments, mais aussi certains polluants hydrosolubles (qui se dissolvent dans l'eau). Les remous facilitent l'oxygénation de l'eau. Pourtant, lorsque le courant est trop fort, les algues peinent à s'y installer. Par contre, dans les méandres des rivières au débit plus calme, la faune et la flore peut s'apparenter à celles des lacs. C'est le cas, par exemple, du bassin de Chambly qui, à cause de l'accalmie du courant dû au renflement de la rivière Richelieu, permet aux éléments et aux contaminants de décanter et de sédimenter au fond du bassin. Certains poissons comme le saumon ou la truite sont des experts de nage en rivière et peuvent remonter le courant pour rejoindre des zones de frayère où ils pourront pondre leurs œufs. 

Les lacs sont des eaux calmes entourées de terre. Comme leur grandeur et leur profondeur sont très variables, on trouve différentes formes de vie. Outre les plantes et les poissons, les oiseaux, les amphibiens et les reptiles y retrouvent une source de nourriture et même un abri de certains prédateurs. Au printemps, le fort apport en eaux causé par la fonte des neiges cause un brassage important qui ramène les nutriments à la surface. Comme les lacs sont alimentés par des rivières, mais aussi par l'eau de ruissellement provenant des terres aux alentours, ils sont souvent l'aboutissement des polluants agricoles, industriels et urbains. Habituellement, la végétation qui abonde sur ses berges peut filtrer en partie l'eau qui s'y écoule, mais la coupe des arbres sur les berges des lacs font que les végétaux ne peuvent pas purifier suffisamment les eaux de ruissellement. Cette contamination sera vue plus en détail au module 15. 

Les terres humides sont des zones de terres submergées par une eau stagnante, peu profonde et où la végétation est très dense. Outre les plantes aquatiques adaptées aux sols sursaturés d'eau, on y trouve des reptiles, des amphibiens, une très grande abondance d'insectes et certains mammifères. On distingue principalement trois types de terres humides, soit les marais, les marécages et les tourbières. Les marais et les marécages sont des zones immergées d'eau, mais les marécages comportent des arbres et des arbustes, alors que les marais en sont dépourvus. Quand aux tourbières, ce sont des sols gorgés d'eau et de boues. Les terres humides jouent deux rôles essentiels. D'abord, ce sont des filtres naturels qui piègent les polluants et assainissent les rivières et les lacs. Ensuite, elles agissent comme un réservoir d'eau qui limite les inondations en temps de crues lors de fortes pluies ou à la fonte des neiges. Or, dans plusieurs régions, on draine les zones humides dans le but de les assécher et d'en faire des zones résidentielles en bordure de lac. Cette urbanisation des zones humides accentuent les problèmes reliés à la crue des eaux.