Comment un oiseau migrateur peut-il voler plus de 10 000 km sans rien manger ?
― Son carburant : de la graisse représentant près de la moitié de son poids
Certains oiseaux volent huit jours d'affilée, sans repos, sans nourriture, sans le moindre endroit où se poser au-dessus de l'océan. Le secret : avant le départ, ils transforment près de la moitié de leur poids en « graisse ». C'est le carburant le plus léger que puisse porter un être vivant.
Un estran, en automne. Un oiseau au long bec recourbé vers le haut picore inlassablement des vers marins dans la vase. C'est un barge rousse, un « oiseau de passage » qui ne fait qu'une brève escale au Japon, au printemps et à l'automne.
Certains individus de cette espèce traversent le Pacifique tout droit, de l'Alaska jusqu'à la Nouvelle-Zélande. La distance : environ 11 000 km. Sur ce trajet, presque aucune terre où se poser.
Un être humain se sent déjà vacillant après un seul jour sans manger. Comment un oiseau d'environ 400 g peut-il continuer à battre des ailes pendant huit jours sans rien avaler ?
Il y a essentiellement deux raisons
À poids égal, la graisse stocke plusieurs fois plus d'énergie que le sucre. Avant le départ, l'oiseau se gave de nourriture et transformerait près de la moitié de son poids en graisse.
L'estomac et l'intestin, inutiles en vol, sont réduits avant le départ. L'oiseau s'allège d'autant et peut aller plus loin avec moins de carburant.
Dans les deux cas, il s'agit de poids. Pour un être volant, chaque gramme se traduit directement en carburant consommé. C'est pourquoi le choix de ce qu'on emporte, et en quelle quantité, devient une question de vie ou de mort.
Pourquoi la graisse est-elle le « carburant ultime » ?
Le corps stocke l'énergie de deux façons principales : le « glycogène », une chaîne de molécules de sucre, et la graisse.
À poids égal (par gramme), la graisse contient plus de deux fois plus d'énergie que le sucre. L'eau accentue encore l'écart. Le glycogène est stocké dans le corps accompagné de plusieurs fois son propre poids en eau. La graisse, elle, ne contient presque pas d'eau.
En comptant ce poids d'eau, transporter la même énergie sous forme de glycogène pèserait environ 8 fois plus lourd que sous forme de graisse. Regardez la figure 1. Le carburant pour 8 jours ne pèse que 200 g sous forme de graisse. Sous forme de glycogène, il dépasserait quatre fois le poids de l'oiseau lui-même. Impossible, alors, de seulement décoller.
Chez l'être humain aussi, la majeure partie de l'énergie stockée est de la graisse. Mais notre masse grasse ne dépasse généralement pas 20 à 30 % du poids corporel. Le barge rousse, lui, se nourrirait sans relâche de vers et coquillages de l'estran pendant les semaines précédant le départ, jusqu'à porter sa masse grasse à près de la moitié de son poids.
Larguer l'estomac et l'intestin avant de s'envoler
Le second stratagème est encore plus radical. Chez les oiseaux examinés avant le départ, on observe un rétrécissement des organes digestifs : gésier, intestin, foie.
Au-dessus de l'océan, l'oiseau ne mange rien : ses outils de digestion resteront inutiles pendant huit jours. Les transporter à pleine taille serait un gaspillage. On pense qu'il les réduit avant le départ et redirige le poids ainsi économisé vers la graisse et vers les muscles pectoraux qui font battre les ailes.
Le corps continue de changer en vol. Plus il brûle de graisse, plus il s'allège, et moins il lui faut d'énergie pour parcourir la même distance. On pense qu'au-delà de la graisse, les protéines des muscles et des organes sont elles aussi peu à peu utilisées comme carburant.
Selon les calculs, la puissance moyenne en vol avoisine 11 watts. Autrement dit, l'oiseau bat des ailes pendant huit jours avec la puissance d'une petite ampoule LED (détails dans le dernier volet dépliable).
Brûler de la graisse produit du dioxyde de carbone, mais aussi de l'eau. On appelle cela l'eau métabolique. Pour un oiseau qui ne peut pas boire au-dessus de l'océan, la graisse serait à la fois un carburant et une source d'eau interne.
Le départ d'Alaska coïnciderait souvent avec des jours où l'oiseau peut profiter des vents arrière d'une dépression traversant le Pacifique Nord. Pour économiser son carburant, il semblerait presque « lire » la carte météo.
En résumé
Si les oiseaux migrateurs peuvent voler longtemps sans manger, c'est parce qu'ils chargent le carburant le plus léger, la graisse, jusqu'à près de la moitié de leur poids, et s'allègent en réduisant leurs organes inutiles avant le départ. Avec la même énergie stockée en sucre, ils dépasseraient quatre fois leur poids et ne pourraient même pas décoller.
L'oiseau transforme son propre corps en réservoir de carburant pour voler.
La graisse est le carburant le plus léger, sélectionné dans un monde aérien impitoyable envers le poids.
Le mécanisme qui empêche les oiseaux migrateurs de se perdre est expliqué dans « Comment les oiseaux migrateurs trouvent-ils leur chemin sans se perdre ? », et la formation qui leur permet d'économiser du carburant en groupe dans « Pourquoi les oiseaux migrateurs volent-ils en formation en V ? ». Voir aussi l'article sur la « calorie » pour la façon de mesurer l'énergie des aliments.
- Munissez-vous de deux étiquettes nutritionnelles. L'huile de table et le riz cuit sont un bon exemple.
- Comparez l'énergie pour 100 g de chaque. L'huile apporte environ 900 kilocalories, le riz cuit environ 150 kilocalories.
- Le riz contient beaucoup d'eau. Vérifiez que la différence entre « sucre chargé d'eau » et « graisse sans eau » se retrouve directement dans ces chiffres.
En automne (environ août à octobre), on peut observer sur les estrans du Japon des limicoles comme le barge rousse. Avec des jumelles, on peut les voir se nourrir sans relâche avant leur départ vers le sud.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les programmes scolairesDu collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeNiveau collège, sciences
- LycéeNiveau lycée, « biologie » ou « physique »
- Lycée+Approfondissement lycée, ou encadré de manuel
- UniversitéNon vu au lycée : matière universitaire spécialisée (biochimie, physiologie comparée)
- RechercheNon encore établi comme « acquis » même à l'université : sujet actuellement étudié par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Migration : déplacement saisonnier entre le lieu de reproduction et le lieu d'hivernage.
- Glycogène : réserve de sucre dans le corps animal, faite de nombreuses molécules de glucose reliées entre elles. Présent dans le foie et les muscles.
- Eau métabolique : eau produite lorsque le corps brûle des nutriments. On estime qu'1 g de graisse produit environ 1 g d'eau.
CollègeLycéeVérification par le calcul : à combien de watts vole-t-il, avec ce carburant ?
Pour un oiseau de 400 g dont 200 g de graisse, parcourant 11 000 km en 8 jours (192 heures), estimons l'énergie chargée et la puissance moyenne (le travail par unité de temps).
| En symboles | E = m × e , P = E ÷ t |
| En mots | Énergie chargée = poids de graisse × énergie par gramme. Puissance moyenne = énergie chargée ÷ temps de vol |
| D'où vient cette formule | De la conservation de l'énergie : l'énergie chimique de la graisse se transforme entièrement en travail de vol et en chaleur |
| Symbole m : poids de graisse (ex.) | 200 g |
| Symbole e : énergie par gramme de graisse | env. 39 kJ |
| Symbole t : temps de vol (8 jours) | 192 heures |
| Énergie par gramme de glycogène avec eau | env. 4,5 kJ (estimation) |
| Énergie chargée E | 200 × 39 = 7800 kJ |
| Par heure | 7800 ÷ 192 ≒ 40,6 kJ |
| Par seconde (40,6 kJ = 40600 J) | 40600 ÷ 3600 ≒ 11,3 W |
| Consommation par km | 7800 ÷ 11000 ≒ 0,71 kJ |
| Même quantité en glycogène | 7800 ÷ 4,5 ≒ 1733 g |
| Combien de fois le poids du corps | 1733 ÷ 400 ≒ 4,3 fois |
| Converti en unité alimentaire | 7800 ÷ 4,184 ≒ 1864 kilocalories |
La puissance moyenne est d'environ 11 watts, à peu près celle d'une petite ampoule LED. Le carburant chargé équivaut à environ 1900 kilocalories, proche de la ration quotidienne d'un adulte. Un oiseau de 400 g emporte ainsi dans son corps l'équivalent d'un repas humain d'une journée, pour voler huit jours. En réalité, des protéines sont aussi brûlées, donc ceci reste une estimation indicative.
LycéeLycée+Pourquoi la graisse contient-elle tant d'énergie
LycéeLors de la respiration, les matières organiques se combinent à l'oxygène pour former du dioxyde de carbone et de l'eau, libérant l'énergie utilisée pour fabriquer de l'ATP. Les molécules de graisse sont composées presque uniquement de carbone et d'hydrogène, avec peu d'oxygène. Étant moins « déjà oxydées », elles libèrent davantage d'énergie en brûlant.
Lycée+Le sucre, lui, contient déjà beaucoup d'oxygène dans sa molécule et se mêle facilement à l'eau : il est donc stocké sous forme hydratée. La graisse repousse l'eau et peut être stockée de façon compacte, sans eau. Cette double différence — par gramme, et par gramme avec eau — explique l'écart d'environ 8 fois.
UniversitéLes muscles qui brûlent vite la graisse : bêta-oxydation et transporteurs d'acides gras
Les acides gras sont dégradés dans les mitochondries par des cycles répétés de bêta-oxydation, produisant de l'acétyl-CoA qui entre dans le cycle de Krebs. Chez les mammifères ordinaires, les muscles utilisent mal la graisse comme carburant pour un exercice intense, car les acides gras, insolubles dans l'eau, ne peuvent pas être transportés rapidement du sang vers le muscle. Chez les oiseaux migrateurs, on sait que les protéines transportant les acides gras dans le sang, ainsi que la protéine de liaison aux acides gras à l'intérieur du muscle, augmentent fortement pendant la saison de migration. En physiologie comparée, ce mécanisme est considéré comme l'une des clés du vol longue distance.
📖 Pour la dérivation des formules et pour aller plus loin : bêta-oxydation (Wikipédia, en japonais) ／ eau métabolique (Wikipédia, en anglais)
RechercheCe qui reste encore mal compris
- Quand dort-il en vol ? Chez d'autres oiseaux marins, on a rapporté des cas de sommeil bref, hémisphère cérébral par hémisphère cérébral, pendant le vol. On ignore encore bien comment les limicoles dorment pendant ces huit jours.
- À quelle vitesse les organes sont-ils reconstitués ? On étudie encore la vitesse à laquelle les organes digestifs retrouvent leur taille après l'arrivée, et comment l'oiseau se nourrit entre-temps.
- Où se situe la limite ? En 2022, un jeune barge rousse aurait volé sur plus de 13 000 km. La limite maximale, en fonction de la taille du corps et de la quantité de carburant, reste encore incertaine.
Autrement dit, le contenu de cet article correspond à « l'état actuel des connaissances ». Grâce aux progrès des petits émetteurs, les records de migration sont réécrits presque chaque année.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie de l'article concernée |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, 4e : « structure et fonctions du corps animal (digestion et absorption) » | Différence entre graisse et sucre, organes digestifs |
| Lycée | Biologie « respiration », physique « travail et puissance » | Mécanisme de combustion de la graisse, calcul des 11 watts |
| Lycée+ | Chimie, approfondissement « lipides » | Graisse hydrophobe et sucre hydraté |
| Université | Biochimie, physiologie comparée | Bêta-oxydation, transporteurs d'acides gras |
| Recherche | Écologie comportementale, ornithologie | Sommeil en vol, limite maximale de distance |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Étiquettes nutritionnelles, observation des oiseaux sur les estrans en automne |
- Gill, R. E. et al. (2009) Extreme endurance flights by landbirds crossing the Pacific Ocean: ecological corridor rather than barrier? Proceedings of the Royal Society B
- Piersma, T. & Gill, R. E. (1998) Guts don't fly: small digestive organs in obese bar-tailed godwits. The Auk
- Jenni, L. & Jenni-Eiermann, S. (1998) Fuel supply and metabolic constraints in migrating birds. Journal of Avian Biology
- Wikipédia « Oosorihashishigi » (barge rousse, en japonais : オオソリハシシギ)
- Ministère de l'Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie du Japon (文部科学省), Sous-commission d'enquête sur les ressources du Conseil des sciences et technologies, « Table japonaise standard de composition des aliments » (日本食品標準成分表, coefficients de conversion énergétique)
※Cet article est une vulgarisation scientifique grand public. Les chiffres indiqués sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. Le poids, la masse grasse et la durée de vol varient fortement selon les individus et les années. Lors de l'observation d'oiseaux sauvages, ne vous approchez pas trop et faites attention aux marées sur les estrans.