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Samedi-sciences (25): l'espionnage électronique au service de la zoologie

Les scientifiques qui étudient les animaux recourent de plus en plus souvent à des technologies électroniques pour «espionner» des comportements difficiles ou impossibles à observer à l'œil nu. L'usage des caméras vidéo est devenu banal dans les laboratoires d'éthologie et il est fréquent dans les recherches de terrain qui portent sur une espèce sauvage dans son habitat naturel. On recourt aussi de longue date à l'enregistrement sonore, en particulier pour analyser les chants d'oiseaux.Mais au-delà de ces procédés de base, on constate une floraison de dispositifs plus complexes, qui font appel à des outils sophistiqués de surveillance, d'imagerie ou de capture sonore ainsi qu'à la modélisation informatique.

L'une des technologie les plus en vogue est celle des puces RFID, ces circuits imprimés miniaturisés équipés d'une mémoire et d'une antenne.

Colonie de manchots royaux sur l'île de la PossessionColonie de manchots royaux sur l'île de la Possession © Nicolas Chatelain/IPHC

Ces «étiquettes électroniques» peuvent être utilisées pour assurer la traçabilité des animaux d'élevage. Mais elles servent à l'étude d'espèces sauvages. A Strasbourg, l'équipe Cnrs d'Yvon Le Maho a joué un rôle pionnier dans ce domaine en utilisant la technologie RFID pour suivre les déplacements des manchots royaux de l'Archipel de Crozet, situé dans le sud de l'océan Indien entre Madagascar et l'Antarctique.

Initiée en 1999, l'étude a porté sur une population de manchots royaux de l'île de la Possession, dans l'Archipel de Crozet. C'est là que se reproduisent les deux tiers de l'effectif mondial des manchots royaux (soit 2 millions d'oiseaux). Plus de 450 oiseaux ont été équipés d'une étiquette électronique de 0,8 g implantée sous la peau, qui ne gêne pas l'animal dans ses mouvements.

Les oiseaux ainsi «marqués» ont été suivis grâce à des antennes enterrées le long des «autoroutes à manchots» qu'ils parcourent régulièrement. L'étude a montré qu'un réchauffement de la température de surface de la mer de seulement quelques degrés représente déjà une menace pour l'avenir des manchots.

A la station Inra d'Avignon, une équipe de biologistes a espionné 300 abeilles d'une ruche après avoir déposé sur leur thorax une minuscule puce RFID. Les chercheurs ont ainsi pu découvrir que chaque abeille ne fait pas plus de deux ou trois sorties quotidiennes, et que certaines vivent jusqu'à 50 jours.

Une recherche similaire a été menée sur des guêpes polistes de Panama par Seirian Sumner, un scientifique britannique de la Zoological Society of London. Des antennes ont été placées aux entrées d'un ensemble de 33 nids, tandis que 422 guêpes ont été munies d'une puce électronique. L'analyse des données a révélé que 56% des guêpes visitent les nids où vivent leurs apparentés.

Placement de puces-ventouse sur le dos d'une baleinePlacement de puces-ventouse sur le dos d'une baleine © Jeremuy Goldbogen

Encore plus fort : Jeremy Goldbogen du Cascadia Research Collective à Olympia, (Washington, Etats-Unis), suit les évolutions aquatiques d'une baleine en plaçant sur son dos des puces électroniques fixées à des ventouses. La puce enregistre la profondeur, le son et d'autres paramètres. Au bout d'un certain temps, la ventouse se décolle, remonte à la surface, et la puce transmet ses données par radio.

En combinant les données transmises par les puces-ventouses avec un programme adapté, Goldbogen et son équipe ont pu reconstituer le parcours sous l'eau d'une baleine; les données permettent aussi de voir comment les cétacés géants réussissent à se nourrir, ou comment ils sont affectés par les sons sous-marins (vidéo accessible sur le site de Science ici).

Mais les puces RFID ne permettent pas d'analyser précisément le mouvement d'un animal, ce qui est parfois nécessaire. Par exemple, pour expliquer le bond de la grenouille, qui semble à première vue une impossibilité physique. En effet, un batracien peut se propulser à une distance égale à cinq fois la longueur de son corps, ce qui nécessite une puissance supérieure à celle que ses muscles peuvent produire. Comment fait-il ?

Pour comprendre le prodige, Henry Astley et Thomas Roberts, de l'université Brown, à Providence (Rhode Island, Etats-Unis), ont utilisé une technique de vidéo à rayons X en 3D, de manière à visualiser le muscle et le tendon de la cheville d'une grenouille léopard (Rana pipiens) pendant son saut (la video est visible ici).

La conclusion des deux scientifiques est que la grenouille utilise un mécanisme analogue à celui d'une catapulte! Elle ne se sert pas directement de son muscle pour bondir. Le muscle sert en fait à accumuler de l'énergie élastique dans le tendon, autrement dit à tendre celui-ci comme un ressort ou un élastique ; puis la tension se relâche brutalement comme la corde d'une catapulte est l'animal est projeté dans les airs (Biology Letters, 2011).

Oreille de chauve-souris marquée pour le suivi des déformations  Oreille de chauve-souris marquée pour le suivi des déformations © Virginia Tech

Les chauve-souris n'ont pas de catapulte mais volent en zigzag, en s'orientant à l'aide d'un système d'écholocation : elles captent les échos d'ultrasons qu'elles émettent et qui sont réfléchis par les objets environnants. Le principe de ce sonar naturel est connu depuis longtemps. Mais comment l'oreille de la chauve-souris fait-elle le tri entre les différents échos qu'elle recueille ?

Des chercheurs chinois et américains (université de Shandong et Virginia Tech) ont réussi à visualiser l'oreille d'une chauve-souris et à montrer qu'elle fonctionne un peu comme un mini-radar : plus précisément, les chauve-souris déforment leur oreille dans différentes directions pour capter les différents types d'échos des ultrasons qu'elles émettent.

Les chercheurs utilisent des marques qui réfléchissent la lumière et qui sont apposées sur la surface de l'oreille de la chauve-souris (voir photo). Une caméra à grande vitesse filme ces marques et une modélisation en 3D permet alors de suivre précisément les déformations du pavillon de l'oreille.

Il apparaît que lorsque l'oreille est dressée vers le haut, elle capte des échos de bonne qualité réfléchis par des objets qui se trouvent devant l'animal. Quand l'oreille est tournée vers le bas ou vers l'arrière, les échos peuvent provenir de directions plus variées mais sont de moins bonne qualité.

L'hypothèse des chercheurs, développée dans Physical Review Letters (novembre 2011) est que la chauve-souris ajuste son organe auditif en fonction de la tâche qu'elle effectue. Les oreilles repliées se prêteraient à un «balayage» de la zone observée à la recherche d'une proie éventuelle, tandis que les oreilles dressées permettraient de localiser exactement la proie au moment de l'attaque.

Les serpents, eux, n'ont pas d'oreilles, mais ils ne sont pas sourds pour autant. Comment peuvent-ils entendre ? Une recherche effectuée sur des pythons royaux par Christian Christensen, biologiste à l'université Aarhus au Danemark, montre que les pythons peuvent utiliser les vibrations de leur crâne comme capteur sonore.

Pour mettre ce phénomène en évidence, Christensen et ses collègues ont placé des électrodes sur la tête d'un python de manière à suivre l'activité des nerfs auditifs du reptile (car il en possède, bien qu'il n'ait pas d'oreille externe). Cette activité est mesurée en même temps que des sons calibrés sont émis, démontrant que le reptile entend effectivement.

Un capteur fixé sur le crâne du serpent a permis de montrer que les vibrations de l'os étaient suffisantes pour que le python les perçoive. Les serpents ne sont donc pas sourds, ce que certaines études de comportements avaient déjà suggéré, mais que l'on n'avait pas réussi jusqu'ici à démontrer physiologiquement.

Dans le cas des pythons, la technologie a confirmé ce que la simple observation du comportement donnait à penser. Mais il arrive aussi que l'électronique se révèle inefficace pour espionner les comportements animaux : ainsi, même en les équipant de micropuces, on n'avait pas réussi à reconstituer l'emploi du temps des microcèbes bruns (Microcebus rufus), petits lémuriens de Madagascar.

Microcèbe rouxMicrocèbe roux © Sarah Zohdy

Sarah Zohdy, de l'Université d'Helsinki a recouru à un procédé astucieux mais nettement moins hi-tech : elle a marqué les poux vivant sur le dos des microcèbes avec du vernis à ongles de différentes couleurs. En suivant le parcours des poux, elle a reconstitué celui des lémuriens. Et découvert que des individus que l'on croyait solitaires ont en fait une activité sociale importante, quittant leur arbre pour rendre visite à des voisins éloignés, en particulier pendant la saison de la reproduction.

Les poux se montrent ici meilleurs espions que les puces électroniques. La nature a encore un peu d'avance sur la technologie, mais pour combien de temps ?

 

 

 

 

 

 

 

Tous les commentaires

08/01/2012, 02:13 | Par Philips Michel

0,8 gr /puce et tant d'informations transmises : c'est sûr, tous les malades atteints de désorientation temporo-spatiale vont bientôt être pucés.

La pose de puces est déjà obligatoire pour identifier les chevaux.

08/01/2012, 14:40 | Par Michel Fauconnet en réponse au commentaire de Philips Michel le 08/01/2012 à 02:13

Et après ce sera pour remplacer les bracelets de naissance ?

Avec une carte du maraudeur combinée à la puissance de l'informatique entre les mains de vous-ne-savez-même-pas-qui, pas même Harry Potter ne finirait l'année à Pou-de-lard, vernissage ou pas...

Ils n'y ont pas encore pensé à Hollywood ? C'est bien de voir en film d'abord ce qu'ainsi on peut éviter en vrai ensuite, je trouve.

Tant que ça reste cantonné à mieux comprendre, sans les gêner, nos cousins les animaux, j'aime bien, en tout cas. Merci pour l'article.

08/01/2012, 19:24 | Par Agnès GOUINGUENET

@MICHEL de PRACONTAL.

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Alors là, le saut de la grenouille, magistral d'anticipation !

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Quant à l'ouïe du serpent : Satan nous entend donc ...

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Jean Rostand serait aux anges, avec cette technologie à la Jules Verne.

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