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L’écholocalisation, un outil utilisé par les animaux

Baleine, Pipistrelle, Beluga… nombreuses sont les espèces qui utilisent l’écholocalisation. Plus qu’un simple outil de repérage, ce biosonar est devenu pour certains organismes un 6ème sens vital : il permet de repérer des proies dans des milieux contraignants. L’utilisation de cet outil repose sur un système d’émission de sons complexes et un appareil auditif affiné à l’extrême.


 



Qu’est-ce que l’écholocalisation ?


L’écholocalisation est une méthode utilisée par certaines espèces animales, consistant en l’émission d’ondes sonores. En ricochant, ces sons vont pouvoir communiquer des informations sur l’environnement qui seront vitales pour l’animal. L’utilisation de ce « sonar naturel » repose sur l’acquisition de caractéristiques anatomiques, physiologiques, génétiques et comportementales particulières, expliquant donc que tous les organismes ne peuvent pas la pratiquer. Les espèces pratiquent l’écholocalisation pour de multiples fonctions telles que : la détection de proies, de prédateurs, la perception d’obstacles mais aussi la communication avec leurs congénères. Que ce soit dans les fonds des océans, dans les forêts denses ou encore dans les horizons inférieurs du sol, les espèces qui se servent de ce « biosonar » ont toutes un point commun : leur vision n’est souvent pas suffisante pour évoluer dans leurs milieux. Dans la plupart des cas, cette technique est donc une adaptation liée à l’obscurité ou à la turbidité prononcée de leurs habitats.


Découvert au XVIIIe siècle lors de travaux menés par un naturaliste italien, M. Spallanzani, ce sont les chauves-souris qui ont permis la découverte de l’écholocalisation. En 1794 plus précisément, ce scientifique a réussi à démontrer qu’une chauve-souris arrivait aussi bien à se déplacer les yeux masqués qu’avec les yeux non masqués. Ce n’est qu’au XIXe siècle que le terme « écholocalisation » apparaîtra.



Un mécanisme reposant sur une loi physique


Peut-être vous êtes vous déjà questionnés sur le fonctionnement d’un radar ? Il se trouve que l’écholocalisation repose sur le même principe. Lorsqu’un animal émet une onde sonore, celle-ci se propage dans l’espace et ricoche sur les éléments se trouvant devant lui. Dans l’exemple d’une chauve-souris voulant chasser un insecte, les ondes sonores qu’elle émet rebondissent sur cette proie et reviennent à ses oreilles.



En fonction de l’intensité de ce son qui lui revient, de son amplitude, de son retard par rapport au moment où elle a émis le son, la chauve-souris est capable d’en déduire :

  • la distance qui la sépare de cet insecte

  • la vitesse de l’insecte qu’elle veut capturer

  • la taille, la forme, et donc la nature de la proie


Toutes ces mesures précises sont expliquées par une loi physique qui est : l’effet Doppler. Enfin, plus l’émetteur pousse des cris et plus il aura des informations sur ce qu’il se trouve devant lui. C’est pour cela que la plupart des animaux pratiquant l’écholocalisation émettent des répétitions intenses de ces sons.


Nous verrons que certains animaux ont poussé cette adaptation à l’extrême en émettant des bruits aux fréquences hyper élevées. Ce sont des sons si aigus et qu’ils sont inaudibles pour un grand nombre d’espèces (dont l'être humaine). Ces ondes, appelées « ultrasons », sont extrêmement rapides. Cela renforce l’efficacité de la méthode de l’écholocalisation. C'est aussi bien pratique, lorsque l’on ne souhaite pas être repéré !


Dans l’air

Il est impossible de ne pas évoquer les plus connues des utilisatrices de l’écholocalisation, qui ne sont autres que les chauves-souris. Ces petits mammifères nocturnes sont regroupés sous le nom de Chiroptères. Elles colonisent de multiples biotopes, et on recense 1411 espèces en 2020 dans le monde entier.


Sous cette appellation de Chiroptère, on distingue 2 grands groupes :

  • Les Mégachiroptères sont surtout présents dans des milieux humides et chauds au niveau des tropiques. Leur régime alimentaire est composé de nectar et de fruit, elles ne pratiquent donc pas toutes l’écholocalisation, n’ayant pas besoin de suivre des proies. Elles ont une tête bien différente des chauves-souris que l’on retrouve en France. Leurs museau est plus allongé, et elles sont plutôt de grandes tailles.

  • Les Microchiroptère sont plutôt carnivores, insectivores ou piscivores (parfois frugivores). Ce sont ces espèces qui pratiquent l’écholocalisation, elles ont une vue moins bien développée que les Mégachiroptères en raison de leurs yeux minuscules. Mais contrairement à ce qu’on pourrait croire, elles ne sont pas aveugles ! Les espèces de ce groupe possèdent des oreilles bien développées, et une anatomie adaptée à l’utilisation de l’écholocalisation. Les 34 espèces trouvées en France appartiennent à ce groupe.


Même si les termes de Mégachiroptère et Microchiroptère ont été remaniés ces dernières années, ils permettent de distinguer deux grands types de chauves-souris qui ont des modes de vies bien différents.




Si nous continuons à éplucher l’arbre de l’évolution des Chiroptères, on observe encore de grandes différences au sein des espèces qui chassent en utilisant l’écholocalisation. En effet les espèces appartenant aux Microchiroptères n’utilisent pas toutes la même technique pour produire les sons. Alors que certaines émettent les ultrasons par la bouche, comme les Vespertilionidés, d’autres les propulsent par les narines comme les Rhinolophidés. Les espèces du groupe des Rhinolophidés sont pourvues d’un nez ornés de multiples replis qui participent à l’image monstrueuse que nous avons des chauves-souris. En vérité, le nez des Rhinolophidés possèdent ces appendices, appelés feuilles nasales, dans le but d’orienter les ondes sonores et de filtrer les échos. Dans les deux cas, les Rhinolophes et les Vespertilionidés utilisent leurs larynx pour émettre des sons. Une fois que les ondes sonores sont émises et réfléchies par l’obstacle devant la chauve-souris, celles-ci sont captées au niveau de leurs oreilles. Le pavillon des oreilles de la chauves-souris sont souvent bien développés. Grâce au tympan, le message sonore est transcrit en message nerveux. L’information sur la nature de l’obstacle est donc donnée au cerveau.


La sensibilité du système d’écoute est donc primordiale pour pratiquer l’écholocalisation. Ce système d’écholocalisation, bien qu’il soit très couteux en énergie, a permis à ces petits mammifères de chasser dans l’obscurité la plus totale. Cependant, les Chiroptères possèdent une très bonne mémoire, cela leur permet d’économiser de l’énergie lorsqu’ils se déplacent dans un milieu qu’ils connaissent. Ils se repèrent dans ce cas avec leur vue, et n’effectuent pas de répétitions intenses d’émissions de cris.


Il est important de savoir que l’étude du biosonar des Chauves-souris est extrêmement complexe : chaque espèces possède un répertoire de cri avec des fréquences, des intensités et des typologies de répétitions différentes. Evidemment, le panel acoustique des chauves-souris est large. Elles n’utilisent pas les sons uniquement dans le but de pratiquer l’écholocalisation, pour se déplacer et chasser. Elles sont capables de pousser des « cris sociaux » particulièrement utiles pour communiquer avec ses congénères.


Sur Terre

Même si les chiroptères sont les principaux animaux terrestres à réaliser l’écholocalisation, des recherches récentes ont prouvés son utilisation par un autre petit mammifères : la musaraigne. En 2019, Lida Sànchez et ses collègues ont réalisé une étude : « Why do shrews twitter? Communication or simple echo-based orientation » qui traite les émissions acoustiques d’une espèce de Soricidés. Cet animal bruyant et pratiquement aveugle (en raison de ses yeux minuscules), possède de longues vibrisses, pour examiner finement le milieu dans lequel elle évolue. Le panel diversifié de ses gazouillements a interpellé les chercheurs.


Ainsi, les résultats de cette étude ont révélé que la musaraigne possédait, certes, un mécanisme d’écholocalisation moins poussé que celui de sa sœur la chauve-souris, mais qu’elle utilisait tout de même des petits cris répétitifs pour analyser grossièrement son environnement. L’emploi de l’écholocalisation pour la chasse n’a pas encore été prouvée pour cet animal.


Certains oiseaux comme les Guacharo des cavernes ou oiseaux pétroliers possèdent aussi la capacité d’utiliser l’écholocalisation. Cette méthode de localisation est encore mal connue concernant les espèces terrestres autres que les chiroptères.


Sous l’eau

L’utilisation de l’écholocalisation se fait également sous l’eau. Le son s’y propageant plus vite, cette technique de chasse est très avantageuse pour les animaux la pratiquant. En revanche, seuls les Odontocètes (regroupant orques, belugas, dauphins…) disposent d’un biosonar : ce sont des mammifères marins à dents.




Les Mysticètes (regroupant les cétacés à phanons) « sont incapables de recourir à cette stratégie d’écholocalisation, car ils ne possèdent pas l’organe spécialisé nécessaire » affirme le biologiste Bertrand Bouchard dans un entretien dans la revue « pour la Science » parue 2023. Les baleines émettent plutôt des infrasons, qui leurs permettent uniquement de communiquer sur de très longues distances. Contrairement à leur groupe frère, les Mysticètes sont incapables d’émettre et d’entendre des sons à haute fréquence.


Les Odontocètes sont donc, a priori, les seuls cétacés capables d’émettre des ultrasons afin de chasser et se déplacer. Les chercheurs supposent que ces espèces ont acquis la capacité de réaliser l’écholocalisation en réponse à une contrainte importante dans le milieu marin : le manque de visibilité. Dans le meilleur des cas, les Odontocètes ne voient pas plus loin qu’une dizaine de mètre. Ces organismes marins sont donc dotés d’organe hautement spécifique et précis pour assurer cette fonction. Les ultrasons, servant à l’écholocalisation, sont produit par la vibration de lèvres phoniques, un organe situé à l’entrée de la narine dorsale de ces organismes, appelé l’évent. Ces sons sont donc produits juste après que l’animal ait respiré. Le crâne des Odontocètes est doté d’un organe bien particulier appelé le melon. Au cours, de l’évolution, le melon a pris de plus en plus de place, déformant ainsi les os du crâne, donnant à la tête des Odontocètes cet aspect « bombé ». Ce corps graisseux permet la convergence des ondes sonores. Il sert en quelques sortes de lentille focalisant les ultrasons vers l’avant de l’animal. L’onde acoustique ainsi émise se propage jusqu’à une cible, rebondit dessus puis est réceptionné par les os du rostre de l’animal. Il atteindra en suite l’oreille interne qui transmettra le signal au cerveau, permettant de former une image.




Un peu d’évolution


Vous vous demandez peut-être si les Chauves-souris et les Cétacés sont proches dans l’arbre du vivant. Ont-ils des liens de parentés expliquant qu’ils utilisent tous deux l’écholocalisation ? Il se trouve que l’écholocalisation est une acquisition totalement indépendante de la part des deux groupes. On parle de convergence évolutive.


Ils ont subi les mêmes contraintes - un milieu ou la vue est limitée par exemple - et ont évolué dans la même direction. Un autre argument expliquant cette convergence est le fait que ces deux groupes utilisent des organes d’émissions des sons bien différents : l’un utilise le larynx et l’autre les voies nasales.


Face à cette méthode de chasse redoutable, certaines proies se sont adaptées. C’est le cas d’une espèce de papillon Bertholdia trigona présente dans le sud-ouest des Etats-Unis. En 2009, le chercheur Aaron Corcoran de l'Université de Wake Forest a découvert que ce lépidoptère était capable, lui aussi, d’émettre des « clics répétitifs » afin de brouiller les pistes de ses prédateurs. Ces clics ultrasoniques sont émis à partir d’un organe appelé les « cymbales », retrouvé également chez les grillons et les cigales par exemple. Même si l’adaptation des proies à l’écholocalisation reste un sujet encore peu étudié, il n'est pas impossible qu’avec le temps, d’autres techniques soient déployées par les proies afin d’éviter de se faire manger...



 


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