Écholocalisation

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Principe de cartographie bathymétrique par échosondeur

L'écholocalisation consiste à envoyer des sons et à écouter leur écho pour localiser, et dans une moindre mesure identifier, les éléments d'un environnement. Elle est utilisée par certains animaux, notamment des chauves-souris et des cétacés, et artificiellement avec le sonar.

Pour l’équivalent utilisant les ondes électromagnétiques, voir Radar.

Écholocalisation animale[modifier | modifier le code]

Représentation animée de l'écholocalisation chez le grand dauphin.
Sonagramme des vocalisations de Pipistrellus.
Fichier audio
Pulsations de Pipistrellus (info)
Enregistrement à l'approche d'une proie.

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Le naturaliste italien Lazzaro Spallanzani publie en 1794[1] ses travaux sur les chauves-souris : il ferme leurs yeux avec des boules de glu ou les brûle avec des aiguilles chauffées au rouge, mais elles continuent à se déplacer facilement. Il montre ainsi qu'elles voient par leurs oreilles[2]. Les premières expériences de détection par radars ayant lieu dans les années 1920 conduisent certains naturalistes à faire l'analogie du système de localisation des obstacles des chauves-souris avec ce mode de détection. Le zoologiste Donald Griffin, travaillant avec le neuroscientifique Robert Galambos sur ces systèmes de localisation depuis les années 1930, invente le terme echolocation dans un article scientifique publié en 1944 dans lequel il explique que les radars utiliseraient — il ne connaît pas exactement leur fonctionnement couvert par le secret militaire — des ondes électromagnétiques comme les personnes aveugles qui localisent les objets par l'écho de leurs pas, de leurs cannes ou comme les chauves-souris qui utilisent des ondes ultra-sonores[3].

Ce système est connu pour être utilisé par les chauves-souris (plus particulièrement les microchiroptères), les cétacés (dauphins, orques, ...), des musaraignes, le Tarsier des Philippines et quelques espèces d'oiseaux Apodidae.

Article détaillé : Écholocation des dauphins.

Il permet à ces animaux de localiser les éléments de leur environnement (obstacles, parois de grottes ou autres cavités) et repérer leur nourriture (exemple : fleurs ou feuilles de plantes réfléchissant l'écho des ultrasons de chauves-souris nectarivores[4]) ou leurs proies des milieux où la vue est inefficace à cause du manque de lumière (nuit, grotte, profondeur marine, turbidité de l'eau). Certains papillons de nuit, notamment les Arctiidae, ont acquis des organes tympaniques qui détectent les ultrasons des chauves-souris insectivores pour fuir leur prédateur, ils peuvent émettre eux-mêmes des ultrasons pour brouiller le radar des chauves-souris, comme certains criquets et coléoptères, ou émettre des clics ultrasoniques aposématiques[5].

Les marsouins de la famille Phocoenidae émettent des ultrasons singuliers pour échapper à leurs plus grands prédateurs : les orques. En effets, leur fréquence ultrasonique ne descend jamais en dessous de 100kHz et reste donc inaudible pour les orques, dont la capacité auditive ne dépasse pas 100kHz. C'est la pression de la prédation qui a permis aux marsouins de faire évoluer leur technique d'écholocalisation[6].

Suivant les animaux, la plage de fréquence peut être extrêmement étendue : entre 250 et 220 000 hertz pour les dauphins. Au sein d'un même groupe, chaque animal utilise une gamme de sons qui lui est personnelle, ce qui lui permet d'écouter ses propres émissions sans être perturbé par celles de ses congénères.

La précision de l'utilisation de cette technique chez les dauphins dépasse de loin les moyens les plus modernes du début du XXIe siècle.

Écholocalisation humaine[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Écholocation humaine.

Certains aveugles utilisent l'écholocalisation afin de localiser des obstacles. L'utilisation de l'ouïe par les aveugles est notée par Denis Diderot dans sa Lettre sur les aveugles à l'usage de ceux qui voient en 1749. Les premières expériences scientifiques sur le sujet débutent vraiment en 1944 avec les travaux de Michaels Supa et de son équipe qui confirme que c'est bien l'écho des sons qu'ils émettent qui permet à des aveugles de déterminer la distance de certains obstacles[7].

Écholocalisation artificielle, biomimétique[modifier | modifier le code]

L'étude du traitement du signal d'écholocation par le cerveau des cétacés et des chauves-souris par les neurosciences a notamment permis de mieux comprendre comment les animaux différencient des objets d'intérêt dans un environnement et un arrière-plan complexes, via les échos qu'ils reçoivent (par l'ouïe) et un processus dit « temporal binding »[8]. Ces mécanismes pourraient « conduire à des technologies sonar et radar intelligents » selon un article paru dans le Journal of Experimental Biology[8] ;

Plusieurs projets visent à reproduire le système d'écholocalisation utilisé par les chauves-souris. C'est ainsi qu'est créé le "Bat-Bot", au sein du projet CIRCE de l'Information Society Technologies (IST)[9].

Analyse technique[modifier | modifier le code]

L'écholocalisation permet de déterminer la distance de l'obstacle, par la durée écoulée entre l'émission du son et la perception de l'écho. L'émetteur muni de deux oreilles mesure l'écart entre les deux réceptions et en déduit la direction de la cible.

L'écholocalisation renseigne sur sa taille, par l'intensité de l'écho (plus la cible est petite, moins elle réfléchit de son) et la durée de l'écho (une grande cible ne produit pas un écho bien net, mais un écho plus long au fur et à mesure de la réception en provenance des parties de plus en plus éloignées de la cible).

Par mesure du décalage Doppler, elle renseigne aussi sur la vitesse relative de la cible par rapport à l'émetteur.

Enfin, chaque type de cible déforme l'écho de façon caractéristique, ce qui permet à l'émetteur d'en déterminer la nature ; les battements d'ailes des insectes, notamment, signent leur présence dans l'écho.

Selon l'utilisation, ce ne sont pas les mêmes types de cris qui sont utilisés, et notamment pas les mêmes fréquences.

Limitations[modifier | modifier le code]

L'écholocalisation a trois principaux inconvénients.

D'abord, elle nécessite la réception et le traitement d'échos très faibles ; cela implique un appareil auditif très perfectionné (d'où les oreilles très grandes des chauves-souris) et un appareil neurologique de traitement très fin. En outre, pour qu'il puisse entendre un écho, il est nécessaire à l'émetteur de produire des cris très forts, susceptibles d'endommager son propre appareil auditif s'il ne dispose pas de protection.

Ensuite, la cible peut percevoir les sons émis pour la repérer et réagir en s'engageant dans des manœuvres évasives.

Enfin, chez les animaux vivant en groupe (chauve-souris et dauphins notamment), l'émission et la réception de leurs signaux peuvent être brouillés par ceux de leurs congénères.

Références[modifier | modifier le code]

  1. Discovery of Echolocation or Biosonar (en).
  2. L'écholocalisation chez les chauves-souris.
  3. (en) D. R. Griffin, « Echolocation in blind men, bats and radar », Science, no 100,‎ 1944, p. 589–590.
  4. (en) R. Simon et coll, « Floral Acoustics : Conspicuous Echoes of a Dish-Shaped Leaf Attract Bat Pollinators », Science, vol. 333, no 6042,‎ 29 juillet 2011, p. 631-633 (DOI 10.1126/science.1204210).
  5. Johanne Gouaillier, « Les moyens de défense des papillons nocturnes contre leschauves-souris insectivores », Insectes, vol. 28, no 151,‎ 2008, p. 4 (lire en ligne).
  6. « Les orques passent et les marsouins cliquent » MyScienceWork.
  7. (en) Eric Schwitzgebel et Michael S. Gordon, « How Well Do We Know Our Own Conscious Experience? - The Case of Human Echolocation », Université de Californie à Riverside,‎ 25 septembre 2000 (consulté le 2 juillet 2009).
  8. a et b Orenstein D (2014), Bats bolster brain hypothesis, maybe technology, too ; 2014-08-15, consulté 2014-08-25,
  9. (fr) Un robot chauve-souris relance la recherche sur les sonars.

Sources[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]