Les Cétacés, des plongeurs exceptionnels

Pour rechercher et capturer leurs proies ou pour fuir des prédateurs, les Cétacés sont capables de remarquables performances. Découvrez ces plongeurs hors pair et retenez votre souffle !

Comment respirent les Cétacés ?

Comme tous les mammifères, les Cétacés ont des poumons et doivent venir respirer en surface. Cette respiration est possible grâce à l’évent unique chez les Cétacés à dents, ou grâce aux 2 évents chez les Cétacés à fanons. L'évent simple ou double des Cétacés correspond ainsi à nos narines : c’est par ces orifices situés au-dessus de leur tête que l’air est expulsé et inspiré. Une fois à la surface, le Cétacé ne produit pas un puissant jet d’eau comme on pourrait le croire, mais il expire plutôt un mélange d’air chaud et de vapeur d’eau, comme nous le faisons lorsque nous expirons. 

Orque remontant à la surface

Souffle d'un orque remonté à la surface

© aylerein - stock.adobe.com

Comment fonctionne l’évent ?

La différence majeure par rapport aux autres mammifères est le mécanisme de respiration qui est volontaire chez les Cétacés. En effet, la respiration chez les Cétacés n’est pas un acte réflexe mais un acte commandé qui implique un mécanisme contrôlé d’ouverture et de fermeture du ou des évents. Ainsi, lorsqu’ils sont sous l’eau, les muscles des évents les maintiennent passivement fermés. Une fois à la surface, l’animal les contracte pour procéder à l’ouverture des évents et ainsi expirer. L’air chaud est alors violemment expulsé, formant une colonne d’air avec un mélange de vapeur d’eau, d’eau de surface et de gouttelettes graisseuses provenant du conduit nasal.

Ce mécanisme de respiration volontaire nécessite aussi une gestion du sommeil assez spécifique. Lorsqu’un cétacé se repose, les deux hémisphères de son cerveau se relaient : l’un sommeille pendant que l’autre est en éveil pour gérer la remontée en surface lorsqu'il doit respirer ! Finalement, un Cétacé ne dort jamais d’un sommeil très profond…

Dauphin long bec

Dauphin à long bec venant prendre une respiration à la surface

© knertius - stock.adobe.com

De grand apnéistes

Si l’homme peut retenir sa respiration pendant 1 à 2 minutes (sauf certains champions qui dépassent les 10 minutes), certains Cétacés comme les cachalots et les baleines à bec sont capables de rester sous l’eau pendant plus de 2 heures ! Leur prise d’air à la surface est pourtant brève, notamment lorsque l’animal nage très rapidement. Par exemple, le dauphin à long bec effectue une respiration à la surface en 0,77 seconde en moyenne, il n’a pas une seconde à perdre !

Gérer l'oxygène et la pression

Une respiration très efficace

Les Cétacés renouvellent 90 % de l’air de leurs poumons lorsqu’ils viennent respirer en surface, contrairement à la plupart des mammifères terrestres qui en renouvellent moins de 20 % lors de l’inhalation. Ainsi, en quatre secondes, un rorqual commun échange 3 000 fois plus d’air qu’un humain lorsqu’il respire ! En revanche, les poumons des Cétacés sont proportionnellement plus petits que ceux des humains (environ 3 % de la masse corporelle contre 7 % chez les humains), mais leur capacité de gestion de l’oxygène est optimisée.

Un Cétacé va donc stocker en moyenne deux fois moins d’oxygène dans ses poumons qu’un être humain, mais trois fois plus dans ses muscles et une fois et demie de plus dans son sang. Il possède, en outre, un volume sanguin deux à trois fois supérieur à celui des mammifères terrestres de taille et de poids comparables, et le pourcentage de ses globules rouges est plus important. Ses muscles sont ainsi riches en hémoglobine musculaire, qui est en quantité huit fois plus abondante que chez les humains. Cette spécificité permet donc d’augmenter le stock en oxygène chez les Cétacés.

S’économiser en apnée

Un autre mécanisme d’adaptation remarquable intervient aussi dans la capacité des Cétacés à tenir de longues apnées : il s’agit de la production d’énergie en anaérobie, c’est-à-dire de leur aptitude à créer de l’énergie sans utiliser d’oxygène.

Lorsqu’ils sont en surface, le cœur des Cétacés bat 2 à 3 fois plus vite qu’en plongée. Cela augmente l’oxygénation du sang au niveau des poumons, et leur permet de faire des réserves d’oxygène. Au cours d’une plongée, les Cétacés sont également capables de ralentir leurs battements de cœur de 60 à 80 %, contre 30 % pour un plongeur entraîné, ce qui limite l’utilisation de l’oxygène capté. De plus, le flux sanguin est dirigé principalement vers les organes vitaux comme le cœur et le cerveau, qui ne doivent jamais manquer d’oxygène.

Un corps adapté à la plongée

Cachalot

Cachalot (Physeter macrocephalus)

© Stanislav - stock.adobe.com

Pour plonger et capturer ses proies à plus de 1 000 mètres de profondeur, le cachalot utilise un autre mécanisme d’adaptation physiologique : le changement de densité d’un liquide à l’avant de sa tête. Sa tête énorme contient le "spermaceti", une substance graisseuse est liquide qui peut peser jusqu’à 16 tonnes chez l’adulte. Lorsque la température environnante est supérieure à 30° C, le spermaceti est liquide. Il cristallise et se densifie lorsqu’il est exposé à des températures inférieures. En plongeant, le cachalot rencontre des eaux plus froides, alors son spermaceti se densifie et agit comme un poids lui permettant de faciliter sa descente dans les profondeurs en limitant ses efforts. Pendant la remontée, le spermaceti est réchauffé par une augmentation du flux sanguin vers la tête de l’animal ; en redevenant liquide, il augmente la flottaison et participe à la remontée facilitée à la surface. Voilà un exemple de Cétacé parfaitement adapté à son environnement.

Article rédigé en septembre 2023. Remerciements à Aude Lalis, Chercheuse en génétique à l'Institut de Systématique, Évolution, Biodiversité, et chargée de la Collection de Mammifères marins au Muséum national d’Histoire naturelle, pour sa relecture et sa contribution.

    Quoi de neuf au muséum ?
    Retrouvez nos actualités et nos dossiers thématiques pour mieux comprendre l'humain et la nature.