Echolocation rapport

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Introduction
Certains animaux produisent, transmettent et reçoivent des signaux. Ces signaux
peuvent être de différentes natures (sonores, lumineux, chimiques, électriques).
Ces animaux utilisent énormément les signaux sonores en émettant des ultrasons
produits sous formes de vibrations, afin de sonder le milieu qui les entoure et analyser l’écho
de ces ultrasons renvoyés par les différents corps qui composent leur environnement. Ce
phénomène se nomme écholocation.
C’est au 18éme siècle que Charles Jurine zoologiste suisse se joint à Lazzaro
Spallanzani biologiste italien pour démontrer que les chauves-souris utilisaient leurs oreilles
pour naviguer.
Leur travail fut longtemps ignoré. Il a fallu attendre le 20ème siècle, et l’invention du
sonar (repérage des sous-marins pendant la première guerre mondiale) pour que Doral
Griffin, professeur américain de zoologie (recherche séminale dans le comportement animal,
navigation animale, orientation acoustique, biophysique sensorielle) et George Washington
Pierce, physicien américain, professeur de physique et inventeur dans le développement des
télécommunications électroniques réalisent les premiers enregistrements des cris en
ultrasons.
Cette découverte à permis à la biologie de comprendre comment des animaux avec
une visibilité réduite arrivent à se déplacer et à chasser avec autant de précision.
Les différentes questions qui se posent alors à nous sont les suivantes :
• Qu’est ce que l’écholocation ?
• Comment fonctionne ce système ?
• A quoi sert-il ?
• Qui l’utilise ?
Pour répondre à ces questions nous allons décrire :
D’une part ce qu’est réellement l’écholocation par définition et ses paramètres
physiques.
Et d’autre part, nous étudierons ce phénomène d’écholocation à la fois chez une
espèce aquatique : le dauphin, et chez une espèce terrestre : la chauve-souris.

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I. Qu’est ce que l’écholocation ?
a. Définition
L’écholocation est un système d’orientation basé sur la production d’ultrasons. Il
permet de détecter la présence d’objets par la réception des échos des sons émis grâce à un
organe spécifique qui envoie les informations vers le cerveau. Les ultrasons sont des sons de
haute fréquence
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supérieurs à 20khz inaudibles par l’homme mais audibles par de
nombreux animaux.
Ils sont différents des sons compris entre 20 Hz et 20 KHz audibles par l’oreille humaine, et
des infrasons inférieurs à 20 Hz inaudibles par l’homme.
Il ne faut pas confondre les ultrasons avec les sons émis par certains animaux, qui
sont des « cris sociaux », c'est-à-dire des cris qui servent à la communication des individus
d’une même espèce.
b. Paramètres physiques
L’écho produit par l’émission de ces ultrasons permet de déterminer :
La taille, la distance, le caractère vivant, l’azimut, la hauteur, la vitesse.
Tableau 1 : Paramètre défini par l’analyse de l’écho chez un Mammifère Chiroptère
Distance Retard de l’écho par rapport aux cris émis
Caractère « vivant » Micro-vibration des ondes sonores de l’écho
Taille Angle par rapport à l’émetteur et
l’amplitude de l’écho
Azimut Retard de l’écho entre l’oreille droite et
gauche
Elévation Retard de l’écho entre deux stries
transversales d’une oreille
Toutes ces informations permettent à l’animal de créer une image, donc de
déterminer le type d’objet : un animal, un végétal ou autres.
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C’est le nombre d’oscillations d’un phénomène périodique par unité de temps, exprimé en
Hz.

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Ces animaux utilisent la haute fréquence pour différentes raisons :
 La haute fréquence est utilisée pour éviter les interférences avec d’autres sons (vents
dans les arbres, autres animaux…).
 La base fréquence a une longue portée mais peu précise.
 La Haute fréquence a une courte portée mais elle est beaucoup plus précise.
On observe trois types de hautes fréquences :
 Fréquence constante : la fréquence est unique, inchangée sur toute la durée du
signal.
 Fréquence modulée abrupte : la fréquence chute au cours de la durée du signal.
L’écart entre la fréquence initiale et la fréquence terminale est grand.
 Fréquence modulée aplanie : la fréquence débute par une fréquence modulée
abrupte et se termine par une fréquence constante.
Les animaux possédant ce système l’utilise principalement pour la chasse.
L’animal émet des ultrasons à un rythme espacé et régulier. Lorsqu’il détecte une proie ce
rythme s’accélère jusqu’à ce qu’il l’attrape.
Comme on peut le voir sur la figure 1 l’ Eptesicus utilise une fréquence modulée
régulière quand il recherche sa proie, elle s’accélère quand il la trouvé, elle atteint son
maximum au moment de la capture. Comme par exemple la Sérotine des maisons émet
environ 5 cris par seconde, de 10 à 15 millisecondes. Quand celle-ci rencontre une proie, la
fréquence des ultrasons augmentent de l’ordre de 200 cris/s.
C’est le même procédé chez Rhinolophus sauf qu’il utilise une fréquence constante.
Ensuite, ils reprennent un rythme régulier jusqu’à leur prochaine chasse.
Figure n°1 : Sonogramme de Rhinolophus et Eptesicus
Lorsqu’un animal chasse une proie, l’animal et sa proie sont en mouvement. On
observe alors un décalage entre la fréquence émise et son écho : c’est le décalage doppler
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.
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Voir représentation en annexe.

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L’animal en mouvement émet un son à une fréquence donné mais ce son est réfléchi
à une fréquence un peu plus élevé (car la proie est en mouvement). Cette fréquence ne peut
pas être analysée par le cerveau car celui-ci analyse les sons à une fréquence précise.
Pour compenser ce décalage l’animal va adapter sa fréquence d’émission en la
diminuant de quelques hertz. Cela permet à l’écho d’arriver à la fréquence optimale à
laquelle la partie spécifique du cerveau peut traiter les informations.
La propagation des ultrasons varie selon le milieu (air, eau) et la température de ce
milieu, mais ne varie pas en fonction de la fréquence. Dans l’eau à 15°C, la vitesse de
propagation est de 1500m/s, dans l’air à 15°C elle est de 340m/s, elle augmente légèrement
avec la température, soit dans l’air à 25°C : 346m/s.
L’écholocation est un mécanisme utilisé à la fois dans l’eau et dans l’air, avec des points
communs et des différences, comme le montre les deux exemples qui suivent.
II. Exemple d’une espèce aérienne et aquatique
1. Espèce aérienne : la chauve-souris
Les chauves-souris sont des animaux nocturnes ou crépusculaires. Pour chasser leur
proie ou se diriger elles utilisent l’écholocation. C’est d'ailleurs l’espèce qui représente le
mieux l’utilisation de ce phénomène dans le milieu aérien. On peut distinguer deux grands
types de chauves-souris, les mégachiroptères et les microchiroptères.
Les microchiroptères utilisent plus intensivement l’écholocation car elles se
nourrissent principalement d’insectes, mais elles peuvent s’en passer quand elles se
trouvent dans un endroit un peu éclairé, et quand elles sont dans un endroit qu’elles
connaissent (grâce à la mémoire).
Par contre chez les mégachiroptères (comme la Roussette) le système d’écholocation
est beaucoup moins sophistiqué. Pour chasser elles utilisent surtout leur vue et leur odorat.
Par conséquent, afin d’étudier l’écholocation il est préférable de s’intéresser aux
microchiroptères.
a. Partie anatomique des microchiroptères utilisés pour
l’écholocation
Les microchiroptères produisent et émettent des ultrasons de l’ordre de 20000Hz et
d’une durée de 5 à 15ms par émission jusqu’à la proie.
Cette émission s’effectue grâce à la contraction du larynx. Les ultrasons sont ensuite
émis par les narines ou la bouche (selon les espèces).

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Chez certaines espèces on note la présence d’appendices qui permettent de diriger et
d’amplifier les sons produits (feuille nasale). Leurs cris sont tellement puissants qu’ils
pourraient s’endommager l’oreille interne. Pour éviter cela, ils disposent d’une isolation de
l’oreille interne qui est une protection squelettique : il s’agit exactement d’un repli de peau
que l’on appelle le tragus
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. Sans cette adaptation, l’oreille interne serait abîmée et l’animal
ne pourrait pas recevoir les échos.
Après avoir percuté la proie, l’ultrason est renvoyé sous forme d’échos aux pavillons
des oreilles (plus ou moins courtes selon le type de vol) de la chauve-souris. L’information
est ensuite transmise à l’oreille interne, puis conduite jusqu’au cerveau pour être analysée,
et ainsi déterminer les différents paramètres de l’environnement et de la proie (voir figure
n°2 et n°3).
Grâce aux variations de fréquence de l’écho elles détectent la vitesse à laquelle vol la proie
ainsi que la fréquence du battement de ses ailes.
L’amplitude de l’écho leur donne une information sur la taille de la proie.
Figure n° 2 : Paramètres déterminés par le Chiroptère
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Clé d’identification importante pour la détermination de l’espèce (différencié selon la taille
et la forme : long et effilé, court et fin, large). Si le tragus est très développé la réception des
échos au niveau de l’oreille est plus accentuée. Présent que chez les Vespertilionidés.