Comment les animaux s’orientent : repères visuels et champ magnétique

Un saumon retrouve la rivière où il est né après des années passées en pleine mer. Un pigeon relâché à 500 kilomètres de son pigeonnier rentre en quelques heures. Une fourmi du désert repart en ligne droite vers son nid après un trajet de plusieurs dizaines de mètres en zigzag. Ces performances ne relèvent pas d’un instinct vague : chaque espèce mobilise des mécanismes précis, aujourd’hui identifiés par des expériences de terrain et de laboratoire.

Le soleil et les étoiles comme boussoles

De nombreux oiseaux migrateurs corrigent leur trajectoire en fonction de la position du soleil, en tenant compte de son déplacement au fil de la journée grâce à une horloge interne : c’est ce qu’on appelle la boussole solaire. La nuit, certaines espèces s’orientent en repérant le centre de rotation du ciel étoilé autour de l’étoile polaire, un mécanisme démontré par l’ornithologue Stephen Emlen dans les années 1960 grâce à des fauvettes indigo placées sous un planétarium dont il faisait varier la position des constellations. Le cas le plus surprenant reste celui du bousier Scarabaeus satyrus, en Afrique du Sud : en 2013, une équipe menée par Marie Dacke a montré qu’il utilise la traînée lumineuse de la Voie lactée pour maintenir une trajectoire rectiligne quand il roule sa boule de crottin, ce qui en fait le seul insecte connu à s’orienter grâce aux étoiles.

Le champ magnétique terrestre, un sens que peu d’espèces possèdent

La magnétoréception, la capacité à percevoir le champ magnétique terrestre, a longtemps été attribuée à des cristaux de magnétite logés dans le bec des pigeons. Cette hypothèse a été largement remise en cause en 2012, quand une étude publiée dans Nature a montré que les cellules concernées étaient en réalité des macrophages, des cellules immunitaires sans fonction sensorielle. La piste la plus solide aujourd’hui passe par l’œil : chez le rouge-gorge européen, des chercheurs de l’université d’Oldenburg ont identifié une protéine, le cryptochrome 4, présente dans la rétine et sensible au champ magnétique par un mécanisme photochimique qui produirait une image superposée à la vision normale. Chez les tortues marines, l’équipe de Kenneth Lohmann, à l’université de Caroline du Nord, a démontré dès les années 1990 que les nouveau-nés de tortue caouanne s’orientent en mer selon l’inclinaison et l’intensité du champ magnétique local, un sens qui leur permet ensuite, adultes, de revenir pondre sur la plage même de leur naissance.

Les cartes olfactives, une navigation par les odeurs

Le pigeon voyageur reste le meilleur exemple documenté de navigation par l’odorat. Le biologiste italien Floriano Papi a proposé dès 1971 l’hypothèse d’une carte olfactive : le pigeon mémoriserait la répartition des odeurs atmosphériques autour de son pigeonnier et déduirait sa position à partir de celle qu’il perçoit sur son lieu de lâcher. Des expériences rendant les oiseaux temporairement anosmiques, en obstruant leurs narines ou en sectionnant le nerf olfactif, ont montré une chute nette de leur capacité à rentrer, ce qui confirme le rôle de l’odorat sans épuiser le débat, certains chercheurs privilégiant plutôt une carte fondée sur les infrasons. Le saumon utilise un principe voisin mais fondé sur la mémoire : les alevins s’imprègnent, avant leur migration vers la mer, de la signature chimique propre au cours d’eau de leur naissance, et la retrouvent des années plus tard parmi des milliers de rivières possibles, un mécanisme mis en évidence par les travaux d’Arthur Hasler dès les années 1950.

Compter ses pas : la navigation par intégration de chemin

Les fourmis du désert du genre Cataglyphis, qui vivent en Tunisie et dans d’autres régions arides d’Afrique du Nord, combinent une boussole basée sur la polarisation de la lumière du ciel et un odomètre interne fondé sur le comptage des pas. Le biologiste suisse Rüdiger Wehner l’a démontré par une expérience devenue classique : en allongeant les pattes de certaines fourmis avec des échasses artificielles, ou en les raccourcissant, il a montré qu’elles surestimaient ou sous-estimaient systématiquement la distance parcourue au retour, alors que leur direction restait exacte. Ce système, appelé intégration de chemin, permet à l’insecte de revenir en ligne droite vers son nid même après un trajet de recherche de nourriture très sinueux, sans repère visuel disponible dans le sable uniforme du désert.

Le papillon monarque et la boussole à retardement

Le monarque nord-américain, Danaus plexippus, migre chaque automne sur près de 4 000 kilomètres depuis le Canada et le nord des États-Unis jusqu’aux forêts d’oyamel du centre du Mexique, un trajet qu’aucun individu n’a jamais parcouru auparavant puisque la migration s’étale sur plusieurs générations. Les recherches menées par l’équipe de Steven Reppert, à l’université du Massachusetts, ont montré que le papillon combine une boussole solaire réglée par une horloge circadienne logée dans ses antennes, et une sensibilité magnétique probablement liée à des cryptochromes, la même famille de protéines identifiée chez les oiseaux. Sans cette horloge interne pour corriger la position du soleil au fil de la journée, l’insecte finirait par voler en cercle plutôt qu’en ligne droite vers le sud.

Un sens qui s’apprend aussi

Aucune de ces boussoles biologiques n’est figée à la naissance. Les jeunes oiseaux migrateurs isolés de leurs congénères empruntent des trajets moins précis que ceux qui ont volé une première fois aux côtés d’adultes expérimentés, un effet documenté chez la grue du Canada réintroduite par imprégnation derrière des ultralégers pilotés par des humains. La navigation animale associe ainsi des capteurs physiologiques très spécialisés à un apprentissage individuel, ce qui explique pourquoi deux individus de la même espèce ne suivent jamais un trajet identique au kilomètre près.