Pourquoi les créatures des abysses ne sont-elles pas écrasées par la pression ?
― Elles n’ont pas d’air, et c’est ce qui les sauve
Dans les documentaires sur les abysses, on voit défiler des poissons et des pieuvres au corps mou, aux formes étranges. Là-bas, la pression est colossale : elle peut faire céder même un sous-marin en métal robuste, à la moindre faiblesse. Alors pourquoi ces créatures, d’apparence si fragile, ne sont-elles pas écrasées ?
Vous êtes-vous déjà enfoncé un peu profondément dans une piscine ou dans la mer ? À peine 1 ou 2 m sous la surface, on peut déjà sentir une pression sur les oreilles, parfois même une douleur sourde.
C’est parce que, sous l’eau, plus on descend, plus la pression exercée tout autour de nous (la pression de l’eau) augmente. Alors, dans les abysses, à plusieurs milliers de mètres, une profondeur sans commune mesure avec celles que nous pouvons atteindre, quelle est cette pression ? Et pourquoi les êtres qui y vivent ne sont-ils pas écrasés ?
En réalité, si ces animaux résistent, c’est grâce à un secret surprenant, qui n’a rien à voir avec la « robustesse ».
Tous les 10 m de profondeur, la pression de l’eau augmente d’une atmosphère, c’est-à-dire d’une pression atmosphérique.
Leur corps n’est pas rempli d’air, mais de substances presque identiques à l’eau. La pression extérieure et la pression intérieure s’équilibrent, et elles ne sont donc pas écrasées.
Voyons pas à pas ce mécanisme : « pas d’air, donc pas de problème ».
Pourquoi la pression de l’eau augmente-t-elle avec la profondeur ?
La pression de l’eau est la pression créée par le poids de l’eau située au-dessus de nous. Plus on descend, plus la quantité d’eau qui pèse sur la tête augmente, donc la pression grandit. L’air a lui aussi un poids : la « pression atmosphérique » que nous subissons au sol vient du poids de l’air au-dessus de nous.
Pour l’eau de mer, on retient comme repère qu’environ tous les 10 m de profondeur, la pression augmente d’une pression atmosphérique (environ 1 atm). À 1000 m, cela donne une pression d’environ 100 fois celle de la surface.
En égalisant les pressions intérieure et extérieure, elles évitent qu’une force d’écrasement apparaisse.
Pourquoi elles ne sont pas écrasées : un corps « sans air »
Un objet est le plus souvent écrasé par la pression de l’eau lorsqu’il existe un écart de pression entre son intérieur et son extérieur. Si l’on coule une bouteille en plastique vide dans les abysses, l’air à l’intérieur se comprime presque sans résister, et la bouteille est aplatie. C’est parce que l’écart entre la pression de l’air dans la bouteille et la pression de l’eau à l’extérieur est très grand.
Le corps de la plupart des créatures des abysses, lui, n’a presque pas de grande poche d’air : il est rempli, jusqu’à l’intérieur, de substances proches de l’eau, qui se compriment très peu. L’eau elle-même est presque incompressible. Ainsi, même si la pression extérieure devient très forte, la pression dans le corps monte de la même façon, et il n’y a presque plus d’écart entre l’intérieur et l’extérieur. Sans écart, aucune force d’écrasement ne s’exerce.
Le contraste avec la robustesse d’un sous-marin
Un sous-marin, au contraire, garde à l’intérieur de l’air à environ 1 atmosphère, pour que l’équipage puisse respirer. En plongée, la pression extérieure augmente sans cesse, alors que la pression de l’air intérieur reste à peu près constante : l’écart entre l’intérieur et l’extérieur devient très grand. Pour y résister, la coque doit être une épaisse et solide coque métallique. Cette « chambre d’air » que les créatures des abysses n’ont pas, les humains doivent absolument l’emporter pour respirer, et c’est pour cela qu’il leur faut une structure robuste.
Certains poissons ont dans le corps une poche de gaz appelée « vessie natatoire », mais la plupart des poissons des grandes profondeurs remplacent le gaz de leur vessie natatoire par de la graisse. La graisse est presque incompressible : elle résiste donc mieux aux variations de pression.
Ce que vous pouvez vérifier vous-même
- Près de la surface de la piscine, vérifiez l’état de vos oreilles (assurez-vous de ne sentir aucune gêne).
- En restant prudent, descendez d’environ 1 à 2 m et soyez attentif aux sensations dans vos oreilles.
- Constatez que, même pour une très petite différence de profondeur, une pression se fait sentir dans les oreilles.
- Arrêtez de descendre et remontez : la pression s’atténue aussitôt.
L’oreille contient un petit espace rempli d’air (l’oreille moyenne). Un écart apparaît entre la pression de l’eau et la pression de l’air dans l’oreille, et on le ressent comme une pression. On sent ainsi à quel point la présence d’un espace d’air dans le corps change la perception de la pression.
En résumé
Les abysses sont un monde de très haute pression, où elle augmente d’environ 1 atmosphère tous les 10 m. Si les créatures des abysses ne sont pas écrasées, c’est, pense-t-on, parce qu’elles n’ont pas de grande poche d’air dans le corps et qu’il n’y a presque pas d’écart de pression entre l’intérieur et l’extérieur. À l’inverse, un sous-marin qui emporte une chambre d’air, ou une bouteille en plastique qui contient de l’air, ont besoin de robustesse pour supporter cet écart de pression.
Si les créatures des abysses paraissent molles, ce n’est pas parce qu’elles sont faibles, mais parce qu’aucune force d’écrasement ne s’exerce sur elles.
Au-delà de la haute pression, certains êtres des abysses fabriquent leurs nutriments sans lumière du soleil : c’est expliqué dans l’article sur les sources hydrothermales. À l’inverse de la pression qui grimpe quand on plonge, elle baisse peu à peu quand on monte en montagne : nous en calculons les effets dans l’article sur le mal des montagnes. Enfin, ce qui arrive aux humains qui plongent en emportant de l’air est traité dans Pourquoi les baleines plongent-elles une heure alors que l’humain doit remonter lentement ?
Pour aller plus loin ― termes, valeurs et liens avec les manuelsDu collège aux sujets de recherche : le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeAu programme de sciences du collège
- LycéeAu programme de la « physique de base » du lycée
- Lycée +Physique de lycée approfondie, ou contenus d’approfondissement et d’encadrés des manuels
- Univ.Matières spécialisées de l’université, non vues au lycée (biochimie)
- RechercheSujets que les chercheurs étudient en ce moment, non enseignés comme acquis, même à l’université
CollègeVocabulaire : les mots de la pression des abysses
- Pression de l’eau : pression produite par le poids de l’eau. Elle augmente avec la profondeur.
- Pression atmosphérique : pression produite par le poids de l’air. Au sol, environ 1 atmosphère.
- Vessie natatoire : poche de gaz dans le corps de nombreux poissons, qui sert à régler la flottaison.
LycéeVérifier par la formule : de la profondeur à la pression
À partir du repère « +1 atmosphère tous les 10 m », calculons la pression à quelques profondeurs.
| En symboles | P ＝ P0 ＋ ρ × g × h |
| En mots | pression de l’eau ＝ pression atmosphérique ＋ masse volumique de l’eau × accélération de la pesanteur × profondeur |
| D’où vient-elle ? | Ce qui appuie sur une surface à une certaine profondeur, c’est le poids de la colonne d’eau située juste au-dessus. C’est la formule de la pression hydrostatique, obtenue en équilibrant poids et pression. |
Cette formule donne le repère « 1 atmosphère par 10 m » utilisé dans le texte. Essayons avec une masse volumique de l’eau de 1000, une accélération de la pesanteur de 9,8 et une profondeur de 10.
| Masse volumique × accélération de la pesanteur | 1000 × 9.8 ＝ 9800 |
| Multiplié par la profondeur de 10 m (pascals) | 9800 × 10 ＝ 98000 |
| Comparé à la pression atmosphérique (101325 pascals) | 98000 ÷ 101325 ≒ 0.97 |
Le poids de 10 m d’eau correspond presque à 1 atmosphère. On peut donc retenir : « 1 atmosphère tous les 10 m ».
Pression (atm) ＝ pression atmosphérique (1) ＋ profondeur (m) ÷ 10
| Pression atmosphérique | Pression à la surface. On la prend égale à environ 1 atmosphère |
| Profondeur ÷ 10 | D’après le repère : environ +1 atmosphère tous les 10 m de profondeur |
| Augmentation due à la profondeur (atm) | 1000 ÷ 10 ＝ 100 |
| Pression totale (atm) | 100 ＋ 1 ＝ 101 |
| Résultat | environ 101 atm (près de 100 fois la surface) |
| Augmentation due à la profondeur (atm) | 6000 ÷ 10 ＝ 600 |
| Pression totale (atm) | 600 ＋ 1 ＝ 601 |
| Résultat | environ 601 atm (près de 600 fois la surface) |
Beaucoup de créatures des abysses vivent donc sous une pression d’environ 600 fois celle de la surface. Tant que leur corps n’a pas de grande poche d’air, même une telle pression ne crée presque aucun écart entre l’intérieur et l’extérieur, pense-t-on.
※ « 1 atmosphère tous les 10 m » est une approximation très utilisée comme repère.
Lycée +Sans « écart de pression », les forces s’équilibrent
Ce qui décide si un objet est écrasé, ce n’est pas la valeur de la pression elle-même, mais l’écart entre l’intérieur et l’extérieur. Le corps des créatures des abysses est fait de substances presque identiques à l’eau, très peu compressibles. Ainsi, quand la pression extérieure monte, la pression dans le corps monte à peu près autant, et l’écart reste extrêmement faible.
Univ.Comment stabiliser les protéines sous haute pression
En biochimie, on a rapporté que le corps des animaux des abysses accumule une substance appelée « TMAO (oxyde de triméthylamine) », d’autant plus que l’animal vit profond. Des substances comme le TMAO joueraient le rôle d’empêcher la haute pression de déformer la structure en 3D des protéines, et de préserver les fonctions nécessaires à la vie.
📖 Démonstration de la formule et contenus plus avancés : Pression hydrostatique (Wikipédia en japonais) ／ Oxyde de triméthylamine (Wikipédia en japonais)
RechercheCe qui reste flou
- Comment des substances comme le TMAO stabilisent les protéines au niveau moléculaire : ce mécanisme précis fait encore l’objet de recherches en biochimie.
- Les abysses abritent sans doute de nombreux organismes non encore observés ni classés ; on ignore encore beaucoup de choses sur l’ensemble de cet écosystème.
- On étudie aussi l’utilisation industrielle d’enzymes stables en haute pression, en s’inspirant des protéines résistantes à la pression des créatures des abysses.
Dans ce milieu extrême, la physique et la biochimie se rejoignent, et de riches sujets de recherche restent ouverts.
Liens avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans l’article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : forces et pression | Termes de base : pression de l’eau et pression atmosphérique |
| Lycée | Physique de base : pression | Calcul de la pression à partir de la profondeur |
| Lycée + | Physique : écart de pression et équilibre des forces (approfondissement) | Pourquoi, sans écart de pression, il n’y a pas d’écrasement |
| Univ. | Biochimie | Stabilisation des protéines par le TMAO |
| Recherche | Biochimie et écologie des abysses (en cours de recherche) | Mécanisme moléculaire de la stabilisation, écosystèmes abyssaux inconnus |
- Explications sur la pression de l’eau et la pression atmosphérique dans les manuels de physique.
- Explications sur la pression des abysses et l’adaptation des organismes dans les ouvrages d’océanographie.
- Revue de recherche en biochimie sur l’accumulation de TMAO chez les animaux des abysses et la stabilisation des protéines.
- Explications sur la vessie natatoire des poissons abyssaux (remplacement par de la graisse) dans les ouvrages d’ichtyologie.
- Explications sur la structure résistante à la pression des sous-marins dans les ouvrages d’ingénierie océanique.
※ Les valeurs de pression proviennent d’une formule d’approximation servant de repère. Les valeurs réelles peuvent varier légèrement selon la température de l’eau, la salinité et d’autres conditions.
※ Cet article est une explication scientifique grand public. Quand vous plongez, ne forcez pas et soyez très attentif à votre état de santé et à vos oreilles.