Que sentent les moustaches du chat ?
– Le poil n'a pas de nerfs : c'est la base qui lit le mouvement du « levier »
Dans le poil de la moustache du chat, il n'y a pas un seul nerf. Ce qui sent, c'est la base. La moustache est un long « levier » : la plus petite force exercée sur sa pointe devient une grande torsion, transmise à la base, où les nerfs sont très nombreux.
La nuit, dans une pièce sans lumière, un chat se faufile entre les meubles. Il ne heurte rien.
Regardez-le de près en train de jouer : au moment de bondir sur un jouet, ses moustaches se rabattent vers l'avant, comme une main tendue.
Touchez doucement le bout d'une moustache : le chat cligne aussitôt des yeux ou détourne la tête. Ce n'est qu'un poil. Pourquoi est-il si sensible ?
Deux raisons seulement expliquent cette sensibilité
La moustache est enfoncée bien plus profondément dans la peau qu'un poil ordinaire. Le sac qui enveloppe sa base est rempli de nerfs. Le poil, lui, n'est qu'une « tige » qui transmet le mouvement à la base.
Une tige fine plie sous une force minime. Plus elle est longue, plus la force à la pointe devient une grande « torsion » à la base. La moustache a une forme qui lui permet de remuer sa base même sous le poids d'un grain de poussière.
Autrement dit, la moustache n'est pas un « poil qui sent » mais un « levier qui transporte la force jusqu'à la base ». Voyons cela pas à pas.
Le poil lui-même n'a pas de nerfs
Couper un cheveu ne fait pas mal, et il en va de même pour la moustache du chat : la partie en poil ne contient aucun nerf, aucune cellule vivante. C'est une tige de protéine dure, fabriquée par la peau.
Le secret est à la base. Elle est enfouie bien plus profondément que celle d'un poil ordinaire. Autour d'elle, un petit sac rempli de sang abrite une multitude de terminaisons nerveuses. On dit que plus d'une centaine de fibres nerveuses se rattachent à la base d'une seule moustache.
Quand un objet touche la pointe, le poil plie en prenant appui sur sa base. La base s'incline alors légèrement dans le sac et appuie sur les nerfs voisins. Regardez la figure 1 : le curseur permet de changer l'enfoncement de la pointe.
Dans l'état initial de la figure 1, la pointe est abaissée de 1 millimètre. La force exercée sur la pointe est alors estimée à environ 1/3000 du poids d'une pièce de 1 yen, soit à peu près 0,3 milligramme. Pourtant, la base est bel et bien tordue, et les nerfs reçoivent le message.
Plus c'est long et fin, plus c'est sensible
Voici ce que signifie « levier ». La torsion à la base, c'est la force sur la pointe multipliée par la longueur de la moustache. Pour la même force, une moustache deux fois plus longue donne une torsion deux fois plus grande.
La souplesse dépend encore plus fortement de l'épaisseur. Si l'on double l'épaisseur d'une tige, elle devient 16 fois plus difficile à plier. La moustache du chat est épaisse à la base et s'affine en pointe vers l'extrémité. La pointe, la plus fine, plie donc sous une force minuscule.
En revanche, comme la base est épaisse, le poil ne se casse pas comme un fil mou. Sensible à la pointe, solide à la base pour transmettre la force : cette forme fine et effilée réunit les deux.
À quoi le chat utilise-t-il ses moustaches ?
Le chat est à l'aise dans l'obscurité, mais dans le noir complet, ses yeux ne servent plus à rien. Ce sont alors les moustaches qui lui indiquent la position des objets. Étalées de chaque côté du visage, elles l'aideraient à vérifier la largeur d'un passage.
Plus surprenant : ce qui se trouve tout près du museau. On dit que le chat a du mal à faire la mise au point sur un objet trop proche de son visage. Si ses moustaches se rabattent vers l'avant quand il bondit sur sa proie, c'est sans doute pour compenser en touchant ce qu'il voit mal à cette distance.
On dit aussi que les moustaches perçoivent les moindres courants d'air. Près d'un objet, l'écoulement de l'air change : le chat pourrait donc sentir sa présence avant même de le toucher.
Le chat possède des poils de même nature au-dessus des yeux, derrière les joues et sous le menton. Il y en a aussi quelques-uns à l'arrière des pattes avant, près du poignet, qui lui permettent de sentir les mouvements de la proie qu'il tient. De chaque côté de la bouche, on compte en général 12 moustaches, soit environ 24 au total.
Couper une moustache ne fait pas mal, puisque le poil n'a pas de nerfs. Mais le chat perd la longueur qui fait office de levier, et il saisit moins bien ce qui l'entoure. Les moustaches tombent naturellement et repoussent : pas d'inquiétude si vous en trouvez par terre.
En résumé
Le poil de la moustache du chat n'a pas de nerfs. C'est un levier long et fin qui transmet, sous forme de torsion, la plus faible force exercée sur sa pointe jusqu'à la base riche en nerfs. Dans le noir, ou à courte distance quand ses yeux ne font plus la mise au point, le chat vérifie le monde en le touchant avec ses moustaches.
La moustache n'est pas un poil qui sent.
C'est un long levier qui porte la moindre force jusqu'à sa base.
La mécanique du corps du chat est aussi abordée dans comment un chat se tord en l'air pour retomber sur ses pattes et dans pourquoi il survit à une chute de haut. Pour une autre façon de percevoir dans le noir, lisez comment les serpents repèrent leurs proies grâce à la chaleur. Sous l'eau, le phoque, lui, lit avec ses moustaches les traces de tourbillons laissées par un poisson.
- Sur votre avant-bras, déplacez doucement du bout du doigt la pointe d'un duvet, sans toucher la peau. Le poil n'a pas de nerfs, et pourtant vous sentirez que « quelque chose a touché », vers la base.
- Posez une règle de 30 centimètres sur le bord d'une table, avec environ 20 centimètres qui dépassent, et maintenez-la à la main. Appuyez légèrement sur le bout avec un doigt et observez de combien elle plie.
- Ensuite, ne laissez dépasser que 10 centimètres et appuyez avec une force à peu près égale. Vous verrez que la partie la plus longue plie beaucoup plus sous une force bien plus petite.
N'essayez pas sur les moustaches d'un chat : la plupart n'aiment pas qu'on les touche.
Pour aller plus loin – termes, formules, lien avec les manuelsDu collège à l'université, le niveau de chaque passage est indiqué
- CollègeCe qu'on apprend en sciences au collège
- LycéeCe qu'on apprend en « physique » et « biologie » au lycée
- Lycée+Approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- Univ.Matières universitaires non vues au lycée (résistance des matériaux, neurosciences)
- RechercheQuestions que les chercheurs étudient en ce moment, pas encore des acquis
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Vibrisse (poil tactile) : poil sensoriel dont la base est entourée d'un sac rempli de sang et riche en nerfs. La moustache du chat en est une.
- Levier et moment d'une force : intensité de l'effet qui tend à faire tourner une tige. Elle est égale à la force × la distance au point d'appui.
- Poutre console : tige fixée à une seule extrémité, l'autre étant libre. La moustache, un plongeoir ou une règle qui dépasse d'une table ont cette forme.
CollègeLycéeVérifier par la formule : quelle force faut-il pour plier la pointe de 1 millimètre ?
On estime en prenant la moustache pour une tige ronde uniforme, de l'épaisseur de sa base. La vraie moustache s'affine vers la pointe : elle plierait donc en réalité sous une force encore plus petite. On exprime les longueurs en millimètres et les forces en newtons (N).
| En symboles | F ＝ 3 × E × I × δ ÷ L³ (avec I ＝ π × d⁴ ÷ 64) |
| En mots | force sur la pointe ＝ 3 × rigidité du matériau × résistance de la section à la flexion × abaissement de la pointe ÷ (longueur au cube) |
| D'où vient-elle ? | C'est la formule de flexion de la poutre console. En chaque point de la tige, elle exprime l'équilibre entre le moment de la force qui plie et la force par laquelle le matériau tend à revenir à sa forme |
| Symbole | Sens et unité |
| F | Force appuyant sur la pointe (N) |
| E | Module d'Young = rigidité du matériau (N/mm²) |
| I | Moment quadratique = résistance à la flexion due à la forme de la section (mm⁴) |
| δ | Abaissement de la pointe (mm) |
| L, d | Longueur de la moustache et épaisseur à la base (mm) |
| Longueur de la moustache L | 60 mm (valeur indicative d'une longue moustache latérale) |
| Épaisseur à la base d | 0,2 mm (on parle de 0,2 à 0,3 mm environ) |
| Rigidité du poil E | 3000 N/mm² (la kératine, composant principal du poil, serait de l'ordre de quelques milliers de N/mm²) |
| Abaissement de la pointe δ | 1 mm |
| Poids d'une pièce de 1 yen | 0,0098 N |
| Carré de l'épaisseur | 0.2 × 0.2 ＝ 0.04 |
| Épaisseur à la puissance 4 | 0.04 × 0.04 ＝ 0.0016 |
| Multiplier par π | 3.1416 × 0.0016 ≒ 0.005027 |
| Diviser par 64 : résistance à la flexion I (mm⁴) | 0.005027 ÷ 64 ≒ 0.0000785 |
| Multiplier par la rigidité (E × I) | 3000 × 0.0000785 ≒ 0.2355 |
| Multiplier par 3 (δ vaut 1 mm, donc inchangé) | 3 × 0.2355 ≒ 0.7065 |
| Carré de la longueur | 60 × 60 ＝ 3600 |
| Cube de la longueur | 3600 × 60 ＝ 216000 |
| Force F sur la pointe (N) | 0.7065 ÷ 216000 ≒ 0.0000033 |
| Quelle fraction du poids d'une pièce de 1 yen ? | 0.0098 ÷ 0.0000033 ≒ 2970 |
| Moment de la torsion à la base (N·mm) | 0.0000033 × 60 ≒ 0.000198 |
La force qui abaisse la pointe de 1 millimètre est d'environ 0,0000033 newton (3,3 micronewtons). C'est environ 1/3000 du poids d'une pièce de 1 yen, soit le poids d'un objet de 0,3 milligramme posé dessus. Comme d⁴ figure dans la formule, une épaisseur doublée exige une force 16 fois plus grande, et une longueur divisée par deux, une force 8 fois plus grande. Si les moustaches fines et longues sont si sensibles, c'est grâce à cette forme.
LycéeLycée+La base lit une « torsion », pas une « force »
LycéeEn physique de lycée, l'effet qui tend à faire tourner une tige s'appelle le « moment d'une force » : force × bras de levier. Quand une force F s'exerce sur la pointe, la base subit un moment F × L. C'est pourquoi, à force égale, une moustache plus longue tord davantage la base.
Lycée+Des études sur les moustaches du rat indiquent qu'on pourrait lire la distance et la direction de l'objet touché d'après le sens et l'intensité du moment à la base. En effet, à force égale, le moment n'est pas le même selon qu'on touche près de la pointe ou près de la base.
Univ.Théorie des poutres d'Euler-Bernoulli et nerfs de la vibrisse
La formule ci-dessus est la solution, issue de la « théorie des poutres d'Euler-Bernoulli » de la résistance des matériaux, d'une poutre console portant une charge concentrée à son extrémité. La résistance à la flexion est donnée par le produit EI du module d'Young E et du moment quadratique I (rigidité en flexion). Chez une moustache qui s'effile, I varie d'un point à l'autre : les recherches réelles font donc un calcul numérique en la traitant comme une poutre de section décroissante. À la base de la vibrisse, on trouve un sinus sanguin (le sac rempli de sang) et plusieurs types de mécanorécepteurs, dont les cellules de Merkel. Chez le rat, on sait que les signaux atteignent le « cortex en tonneaux » du cerveau, dans des compartiments séparés pour chaque moustache.
📖 Démonstration de la formule et approfondissements : Cantilever (poutre console) – Wikipédia japonais ／ Vibrisse – Wikipédia japonais
RechercheCe que l'on ne sait pas encore bien
- L'envergure des moustaches est-elle égale à la largeur du corps ? On dit souvent que « la distance entre les pointes des moustaches gauche et droite égale la largeur du corps, et que le chat mesure ainsi s'il peut passer ». Mais peu d'études l'ont vraiment vérifié, et le lien avec la croissance ou les changements de poids reste flou.
- Comment le cerveau du chat combine-t-il les informations des moustaches et des yeux ? La recherche sur les moustaches porte surtout sur le rat ; on ignore encore beaucoup de choses sur leur traitement dans le cerveau du chat.
- Jusqu'où les moustaches lisent-elles les courants d'air ? On a montré qu'elles perçoivent le vent, mais leur utilité réelle pour éviter les objets dans le noir fait encore l'objet de recherches.
Le contenu de cet article est donc lui aussi « une explication dans l'état actuel des connaissances ». Notez en particulier que les valeurs détaillées concernant le chat varient beaucoup d'un individu à l'autre.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : « effets des forces », « stimulus et réaction » | Levier, organes des sens et nerfs |
| Lycée | Physique : « équilibre du solide » ; biologie : « récepteurs » | Moment d'une force, cellules qui reçoivent les stimuli mécaniques |
| Lycée+ | Physique, approfondissement | Lire le lieu du contact à partir du moment |
| Univ. | Résistance des matériaux, neurosciences | Théorie des poutres, rigidité en flexion, cortex en tonneaux |
| Recherche | Éthologie, neurosciences du toucher | Envergure des moustaches et largeur du corps, traitement de l'information chez le chat |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Ne pas couper les moustaches du chat, flexion d'une règle |
- Wikipédia japonais, « 洞毛 » (vibrisse)
- Wikipédia japonais, « 断面二次モーメント » (moment quadratique)
- Ahl, A. S. (1986). The role of vibrissae in behavior: a status review. Veterinary Research Communications, 10, 245–268.
- Prescott, T. J., Mitchinson, B., & Grant, R. A. (2011). Vibrissal behavior and function. Scholarpedia, 6(10), 6642.
- Quist, B. W., & Hartmann, M. J. Z. (2012). Mechanical signals at the base of a rat vibrissa: the effect of intrinsic vibrissa curvature and implications for tactile exploration. Journal of Neurophysiology, 107, 2298–2312.
※ Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur et des estimations pour comprendre le mécanisme. La longueur et l'épaisseur des moustaches varient d'un individu à l'autre. Si l'état de santé de votre chat vous inquiète, consultez un vétérinaire.