Le chant des baleines ne peut pas avec le bruit des navires | Science

Il y a environ 50 millions d’années, les ancêtres des baleines, tout comme ceux des vaches d’aujourd’hui, ont quitté la surface terrestre pour retourner vers la mer. Avec eux, ils ont emporté leur système de production de son, pas très différent de celui humain. Mais cela ne fonctionne pas de la même façon sous l’eau et, ce qui est plus fondamental, ouvrir la bouche pour le produire, c’est se noyer. Dans leur adaptation au nouvel environnement, certaines espèces de cétacés ont tellement sophistiqué leur phonation qu’il semble aux humains qu’ils chantent.

Aujourd’hui, un groupe de scientifiques a disséqué des spécimens de trois d’entre eux pour révéler les secrets de leur chant. Tout au long de l’évolution, ils ont redessiné leur larynx pour continuer à communiquer sur de très longues distances. Mais leur étude montre également comment le bruit généré par les humains court-circuite leur capacité à communiquer. Ils continuent de chanter, mais on ne les entend plus.

Les différents groupes de cétacés ont développé des adaptations au nouvel environnement : les odontocètes (comme les dauphins, les épaulards et les cachalots) ont évolué pour disposer d’un organe vocal nasal capable de produire des sons à haute fréquence et, dans le cas des dauphinidés, de les utiliser pour écholocaliser. ; Pendant ce temps, les mysticètes (comme le rorqual bleu, le rorqual à bosse et le rorqual commun) ont presque entièrement redessiné leur larynx. Cet organe, l’un des plus complexes chez les mammifères, a deux fonctions : protéger les voies respiratoires et les poumons et, d’autre part, la phonation.

Chez la plupart des espèces terrestres, cette phonation implique la vibration des cordes vocales provoquée par le flux d’air à travers l’espace qui les sépare, la glotte. Mais l’eau a forcé des adaptations radicales. Le résultat, notamment chez certaines baleines à fanons, a dépassé de loin la communication de leurs ancêtres terrestres : elles sont capables d’émettre des sons qui parcourent des dizaines, voire des centaines de kilomètres. Mais l’essentiel de ce que l’on savait du système de phonation de ces mysticètes reposait sur des hypothèses et des déductions.

Entre 2018 et 2019, un groupe de scientifiques spécialisés dans la phonation des cétacés s’est organisé pour obtenir le larynx de certaines baleines. Ils avaient besoin de les avoir le plus frais possible, c’était le seul moyen de pouvoir les étudier à fond. Ils ont contacté des organisations environnementales pour les signaler d’éventuels échouages. C’est ainsi qu’ils ont prélevé cet organe sur trois espèces de mysticètes, un petit rorqual, une baleine boréale et une imposante baleine à bosse. Cette dernière fait partie des rares espèces qui enchantent les marins depuis des siècles par leurs cris.

Ensuite, ils les ont disséqués pour comprendre leur anatomie en profondeur. En principe, ils possèdent tous les éléments présents chez le reste des mammifères, comme plusieurs cartilages de base pour l’articulation laryngée et la production sonore. Mais ils ne possèdent pas de cordes vocales comme celles des humains et des autres animaux terrestres et certains de ces cartilages se sont durcis et ont perdu leur fonction originelle. Au lieu de cela, ils ont développé une structure en forme de U (vu du dessus) parallèle à la trachée, qui chez ces animaux a une orientation horizontale et non verticale comme chez l’espèce humaine. Et au-dessus de cette forme, un coussinet de graisse.

Ce que les chercheurs ont fait, qu’ils ont détaillé dans le magazine Nature, devait souffler mécaniquement de l’air dans les larynx pour confirmer sa théorie. Ils ont vu comment l’air faisait vibrer les bras du U et, au contact de l’accumulation de graisse au-dessus, des sons de basse fréquence similaires à ceux émis par ces baleines étaient produits. Pour ce faire, ils utilisaient l’air qui entrait par les narines jusqu’aux poumons et, de là, ils l’expiraient à nouveau pour produire le son. Jusqu’ici, comme le font les animaux terrestres. Mais avec les baleines, elles ont la capacité de réutiliser ce flux qu’elles semblent renvoyer vers les poumons et de générer à nouveau de nouveaux sons.

“Ils ont développé de nouvelles structures car les cordes vocales empêcheraient une respiration rapide en surface.”

Coen Elemans, expert en communication et acoustique des cétacés à l’Université du Danemark du Sud

“Nous pensons qu’ils ont développé de nouvelles structures parce que les cordes vocales empêcheraient une respiration rapide à la surface”, explique le professeur Coen Elemans, du groupe de communication et de comportement sonores de l’Université du Danemark du Sud et premier auteur de cette recherche innovante. “Grâce à ces structures, les baleines à fanons peuvent émettre les sons à très basse fréquence qu’elles émettent toutes”, ajoute-t-il. Bien que les mécanismes physiques à l’origine de la production sonore (vibrations induites par le flux d’air) soient les mêmes que dans la parole et le chant humains, les chercheurs ont confirmé que « seules quelques espèces (baleines à bosse et baleines du Groenland) ont redéveloppé la capacité de déplacer le cartilage du le larynx et les tissus épais situés au-dessus de ces structures. Comme [hacemos los humanos con] nos cordes vocales », complet. Cela leur permet également d’émettre des sons à haute fréquence, “les chansons que la plupart des gens connaissent bien”, conclut-il.

Dans une deuxième partie des travaux, après avoir scanné le larynx de la baleine à bosse, ils l’ont modélisé pour étudier son comportement selon différentes conditions physiques et acoustiques. “Notre modèle inclut des formes 3D précises du larynx et de ses muscles, ce qui nous a permis de simuler, par exemple, la manière dont la fréquence est contrôlée par modulation musculaire”, explique Qian Xue, professeur au Département de génie mécanique de l’Université du Michigan. dans une note du Rochester Institute of Technology de Rochester (États-Unis) et co-auteur de l’étude. Son collègue institutionnel, Weili Jiang, a ajouté que leur modèle prédisait avec précision les résultats de nos expériences, “mais nous étions également capables de calculer des caractéristiques acoustiques que nous ne pouvions pas mesurer en laboratoire, comme la gamme de fréquences”.

Parmi les résultats obtenus, il y a une information aux grandes implications : les sons qu’elles émettent à la surface peuvent atteindre la partie la plus profonde de la mer, mais en dessous de 100 mètres ces baleines ne peuvent pas les émettre. C’est physiquement impossible pour eux. Le problème est que c’est la gamme qui se remplit de plus en plus de sons générés par les activités humaines (navires, exploitation minière sous-marine, prospection…). En combinant ces expériences et modèles, les chercheurs ont montré que les baleines à fanons sont physiologiquement incapables d’échapper au bruit anthropique, car celui-ci masque leur voix et limite donc leur portée de communication. Comme le déplore Elemans, « la gamme de fréquences limitée (entre 10 et 300 hertz) et la profondeur (0 à 100 mètres) à laquelle ils peuvent émettre des sons se chevauchent avec le bruit produit par les humains ; C’est pourquoi ils ne peuvent pas chanter plus fort ou plus profondément pour éviter notre bruit.

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