Comment le requin repère-t-il une proie cachée dans le sable ?
Ni par les yeux ni par le nez : il sent l’« électricité » avec sa peau
Avez-vous déjà vu un requin foncer droit sur une proie tapie dans le sable, ou dans une eau sombre et trouble ? Pas d’odeur dans l’eau, pas de bruit, rien à voir. Comment le requin sait-il alors où se trouve sa proie ?
Dans le sable d’un fond marin tranquille, un poisson plat s’est complètement enfoui. Il ne bouge pas. Aucun indice visible, aucune odeur dans l’eau, aucun bruit.
Pourtant, un requin qui passe à proximité se dirige sans hésiter vers ce point précis du sable. Qu’est-ce que le poisson plat a bien pu « émettre » ?
Respiration, mouvement des branchies, battements du cœur… rien que par le fait d’être en vie, un animal produit autour de lui un courant électrique infime (courant bioélectrique).
D’innombrables petits pores autour de la tête du requin (les ampoules de Lorenzini) captent, pense-t-on, cette électricité extrêmement faible.
Voyons tour à tour cette « électricité émise par les êtres vivants » et le mécanisme qui la détecte.
Même immobile, un être vivant émet de l’« électricité »
Le cœur bat, les muscles se contractent, les nerfs transmettent des signaux : tous ces mécanismes du corps reposent sur de minuscules échanges électriques. L’eau de mer contient des ions et conduit bien l’électricité. Une toute petite part de cette électricité interne se propage donc dans l’eau autour du corps, sous la forme d’une différence de potentiel extrêmement faible.
Même un poisson enfoui et parfaitement immobile doit continuer à faire bouger ses branchies pour respirer. Autrement dit, si bien caché soit-il, le simple fait d’être vivant laisse filtrer un indice électrique impossible à effacer.
Les ampoules de Lorenzini : des « antennes électriques » remplies de gel
Autour de la tête des requins et des raies, surtout sur le rostre (le bout du museau), s’ouvrent d’innombrables petits pores appelés ampoules de Lorenzini. Chaque pore se prolonge sous la peau par un fin canal rempli d’une substance gélatineuse qui conduit très bien l’électricité. Tout au fond, sous la peau, se trouvent des cellules sensorielles qui détectent les variations électriques.
Comme ce canal conduit très bien le courant, on pense que la différence de potentiel entre la surface de la peau (l’ouverture du pore) et les cellules sensorielles profondes est transmise presque sans perte. Le canal lui-même joue le rôle d’un « fil électrique » qui amène jusqu’aux cellules sensorielles la minuscule différence de potentiel de l’eau environnante.
D’après une valeur souvent citée dans les études, certains requins et raies détecteraient des différences de potentiel aussi minuscules que 5 nanovolts par centimètre (5 milliardièmes de volt). On considère que c’est l’une des sensibilités les plus élevées connues chez les animaux.
Il lit le signe électrique indélébile d’un être vivant.
Ce que vous pouvez vérifier vous-même
- Préparez un récipient d’eau salée et un testeur simple (voltmètre).
- Utilisez deux tiges métalliques (des cuillères, par exemple) comme électrodes, et comparez la facilité de lecture du testeur quand elles sont proches et quand elles sont éloignées.
- Constatez que, pour un même champ électrique, plus les électrodes sont éloignées, plus la différence de potentiel est facile à détecter.
On pense que la longueur des canaux des ampoules de Lorenzini a un sens comparable : espacer les points de mesure pour mieux capter de faibles différences de potentiel.
En résumé
Si le requin trouve une proie enfouie, ce n’est pas grâce à un super-pouvoir. Il y a d’abord ce fait : un être vivant laisse filtrer autour de lui un courant électrique infime, rien que parce qu’il vit. Il y a ensuite les ampoules de Lorenzini, qui acheminent cette électricité jusqu’aux cellules sensorielles par des canaux gélatineux. C’est, pense-t-on, la combinaison de ces deux mécanismes.
On peut se cacher, mais on ne peut pas cacher qu’on est en vie.
Pour un autre animal qui repère sa proie par des indices invisibles, lisez aussi l’article sur la chauve-souris, qui « voit » dans le noir grâce à l’écho des sons. Quant à l’électricité produite par les êtres vivants, l’article sur l’anguille électrique explique le mécanisme de sa production.
Notre propre corps émet lui aussi de l’électricité en permanence. Pour en savoir plus : Pourquoi le cœur peut-il battre tout seul ?
Pour aller plus loin : termes, valeurs et lien avec les manuelsDu collège à la recherche actuelle, chaque niveau est indiqué
- CollègeAu programme de sciences du collège
- LycéeAu programme de physique de base du lycée
- Lycée+Physique de lycée approfondie, ou contenu avancé ou encadré des manuels
- UniversitéMatière spécialisée universitaire (biophysique), non vue au lycée
- RechercheSujet que les chercheurs étudient encore, même enseigné à l’université comme non établi
CollègeVocabulaire : les mots du sens électrique
- Courant bioélectrique : très faible circulation d’électricité dans le corps d’un être vivant, liée au fonctionnement du cœur, des muscles et des nerfs.
- Ampoules de Lorenzini : organes sensoriels du museau des requins et des raies, qui détectent l’électricité faible. Elles portent le nom de l’anatomiste qui les a découvertes.
- Champ électrique : région de l’espace autour d’un objet chargé où s’exerce une force électrique.
LycéeVérifier par le calcul : jusqu’où une pile de 1,5 V pourrait-elle être détectée, en théorie ?
La sensibilité de « 5 nanovolts par centimètre » est-elle vraiment si extraordinaire ? Comparons-la à une simple pile.
distance de détection ≒ tension de la pile ÷ sensibilité (différence de potentiel par cm)
| Tension de la pile | 1,5 V (une pile courante) |
| Sensibilité | 5 nanovolts par centimètre (5×10⁻⁹ V/cm) |
※ Estimation d’un modèle simplifié où la tension de la pile se diluerait uniformément dans l’eau environnante. En pleine mer, la diffusion réelle est plus complexe.
| Distance de détection (cm) | 1,5 ÷ (5 × 10⁻⁹) ＝ 3 × 10⁸ |
| En km | 3 × 10⁸ cm ＝ 3 × 10⁶ m ＝ 3,000 km |
| Résultat | Dans le modèle simplifié, environ 3,000 km en théorie |
3,000 km, c’est bien plus que la longueur de l’archipel japonais. Bien sûr, dans la mer réelle, l’électricité s’affaiblit de façon complexe avec la distance et le bruit est important : le requin ne détecte pas à une telle distance. Ce calcul aide néanmoins à mesurer l’extrême petitesse de la sensibilité de « 5 nanovolts par centimètre ».
Lycée+Pourquoi un canal plus long détecte-t-il mieux ?
Pour un même champ électrique (même différence de potentiel par centimètre), plus les deux points de mesure sont éloignés, plus la différence de potentiel effective est grande. Les canaux des ampoules de Lorenzini, relativement longs, de la surface de la peau jusqu’au fond du corps, auraient cet effet : espacer les points pour mesurer plus facilement de faibles différences de potentiel. Selon une hypothèse, chez les requins-marteaux, dont la tête s’élargit sur les côtés, cet écart encore plus grand serait lié à leur capacité de détection électrique.
UniversitéLa biophysique : la conversion en signal électrique dans les cellules sensorielles
La biophysique étudie comment les cellules sensorielles des ampoules de Lorenzini convertissent les variations de potentiel en signaux électriques nerveux. On pense que des protéines spéciales de la membrane cellulaire (canaux ioniques) s’ouvrent et se ferment selon les variations de potentiel, et qu’elles sont à l’origine du signal transmis aux nerfs.
RechercheCe qui reste flou
- Le mécanisme moléculaire détaillé de la conversion en signal électrique dans les cellules sensorielles fait toujours l’objet de recherches.
- On a aussi évoqué la possibilité que les ampoules de Lorenzini détectent non seulement les courants bioélectriques des proies, mais aussi la faible électricité produite par les courants marins traversant le champ magnétique terrestre, et l’utilisent comme repère de direction et de position, mais le mécanisme précis reste débattu.
- Dans quelle mesure la sensibilité varie selon les espèces, et comment ces différences se relient au mode de vie : des enquêtes sont encore en cours.
Un seul petit pore du museau d’un requin renferme un sujet riche, à la croisée de la biologie et de la physique, encore étudié aujourd’hui.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : fonctionnement du corps des êtres vivants / courant électrique | Courant bioélectrique, vocabulaire de base sur les ampoules de Lorenzini |
| Lycée | Physique de base : différence de potentiel | Calcul comparant pile et sensibilité |
| Lycée+ | Physique : champ électrique (approfondissement) | Lien entre longueur du canal et facilité de mesure de la différence de potentiel |
| Université | Biophysique | Conversion du signal par les canaux ioniques des cellules sensorielles |
| Recherche | Physiologie sensorielle et écologie comportementale (en cours) | Mécanisme moléculaire de la conversion, usage possible du champ magnétique terrestre, comparaison entre espèces |
- Travaux classiques de Kalmijn, A. J. sur l’électroréception chez les requins et les raies.
- Explications sur la structure et la fonction des ampoules de Lorenzini dans les manuels de biologie marine.
- Explications sur les courants bioélectriques et la sensibilité des électrorécepteurs dans la documentation de physiologie sensorielle.
- Explications sur le lien entre comportement de chasse des requins et électroréception dans la documentation d’écologie comportementale.
※ La valeur de sensibilité (5 nanovolts par centimètre) est une valeur indicative souvent citée. La sensibilité réelle varie selon les espèces et les conditions.
※ Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des estimations et des ordres de grandeur pour comprendre les mécanismes. Les valeurs réelles varient selon les espèces et les études.