Document: Animation répresentative de la détection d'un corps par un dauphin
Lorsque les dauphins se déplacent en groupe, chaque individu émet une fréquence spécifique afin de ne pas la confondre avec celles d’un autre.
Un grand nombre d’animaux vertébrés terrestres perçoivent certains ultrasons, inaudibles pour les Hommes. Les animaux utilisent les ultrasons sous forme de sonar. Ils les utilisent pour se repérer, se nourrir et communiquer.
Document: Différentes phases de chasse en fonction de la réception d'ultrasons
Schéma résumant le principe d'écholocalisation, ou écholocation
On vient de traiter le cas où la chauve-souris se rapproche de l'objet où l'on constate que la fréquence reçue est plus élevée (donc plus aiguë) que la fréquence émise. On pourrait raisonner de même dans le cas où la chauve-souris s'éloigne de l'objet, et par un raisonnement analogue on constatera que la fréquence reçue est moins élevée (donc plus grave) que la fréquence émise.
Document: Schéma représentatif de l'émission et la réception des sons chez les dauphins
Le dauphin émet un faisceau d'ondes sonores à hautes et basses fréquences en direction d'un objet, d'un individu etc… Ce faisceau est produit dans le crâne du dauphin, c'est-à-dire dans les ''petits sacs'' (jusqu'à aujourd'hui, on ne sait toujours pas exactement comment ces sacs fonctionnent), puis il passe par la partie la plus importante dans ce phénomène, le melon. Deux types de faisceaux sont émis:
Les sons à basse fréquence, variant jusqu'à 100 000 Hertz, servent à donner une vue globale du panorama. Dans ce cas, le faisceau sonore est très large, mais la réception d'image dans le cerveau est malheureusement assez floue.
Pour que l'image dans le cerveau soit plus nette, le dauphin émet des ultrasons à haute fréquence (de 100 000 hertz jusqu'à plus de 250 000 hertz !). Il les focalise grâce au melon. Celui-ci contient un substance gélatineuse, qui en se déformant agit comme une lentille. Ainsi, le son est beaucoup plus ciblé (le faisceau est assez fin). Celui-ci permet de déterminer précisément les contours de l'obstacle. Il peut même savoir ce qu'il y a à l'intérieur ou savoir si l'objet en question est inerte ou vivant.
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Similaire au dauphin, la chauve-souris utilise des ultrasons mais à une fréquence plus faible. Pour se diriger dans l'obscurité totale, les chauves-souris ont développé un système tout à fait particulier de « vision acoustique » . C'est en fait un système de sonar basé sur la production d'ultrasons et autrement appelé « écholocation ».
Les oreilles des chauves-souris sont adaptées à leur mode d’audition particulier. Comme chez la plupart des mammifères, la cochlée contient une membrane qui va propager les vibrations engendrées par l’arrivée d’ondes sonores sur le tympan. Ces vibrations vont stimuler les cellules ciliées qui vont donner naissance à un message nerveux qui se propage dans le nerf auditif vers le cortex. La fréquence des potentiels d’action dans les fibres du nerf auditif est proportionnelle à l’amplitude du son, c’est-à-dire que plus l’écho est intense, plus cette fréquence va être élevée. La durée des échos et les intervalles entre ceux-ci sont décryptés par le cerveau par la manière dont se succèdent les signaux nerveux qu’il reçoit. La fréquence des échos, enfin, est codée: les fréquences élevées stimulent les cellules cilliées les plus proches du tympan; les fréquences les plus basses, celles les plus éloignées.
En résumé :
1. La chauve-souris émet un ultrason par la bouche ou le nez
2. L'ultrason rencontre un obstacle (proie, arbre, mur...) et rebondit vers la chauve-souris
3. Cet écho est capté par les oreilles de la chauve-souris
4. Son cerveau estime la distance, la vitesse, la forme de l'objet détecté
Et tout ceci en une fraction de seconde !
Ce sonar permet ainsi aux chauves-souris de chasser les insectes dont elles se nourrissent.
L'émission d'une chauve-souris témoigne de son activité. Sur le sonagramme ci-dessous, au début de la séquence, les émissions s'accélèrent. La chauve-souris a détecté une proie. Pendant l'approche, elle émet de plus en plus rapidement pour suivre ses mouvements.
Ensuite, il n'y pas plus d'émission, l'insecte a été attrapé puis avalé.
Et enfin, les émissions reprennent à un rythme espacé et régulier, la recherche de proie recommence…
La chauve-souris émet des ultrasons à intervalle de temps régulier. Lorsque la chauve-souris est immobile elle émet des ondes concentriques régulières centrées sur le point d'émission qui est sa position immobile. Lorsque la chauve-souris se déplace, le point d'émission de l'onde se déplace aussi. La personne B reçoit beaucoup plus d'oscillations à une fréquence plus élevée que la personne A. La fréquence étant plus élevée, le son sera plus aigu.
La Chauve-souris
Le Dauphin
Le dauphin, comme l’orque et la plupart des mammifères marins utilisent les ultrasons pour se repérer et de chasser leur proie lorsque la nuit, la netteté de l’eau et d’autres raisons n’assurent pas une visibilité suffisante.
Document: Tableau résumant la sensibilité des animaux aux ultrasons par rapport aux sons perceptibles par l’oreille humaine
Effet Doppler
En 1842 Christian Doppler découvre un phénomène lorsqu'un émetteur d'ondes est en mouvement par rapport au récepteur. On observe alors une différence de fréquence entre l'onde émise et l'onde reçue. La mesure de la différence de cette fréquence nous permet d'en déduire la mesure de la vitesse.
Application dans le cas de la chauve-souris:
Certaines espèces peuvent être identifiées à leur fréquence d'émission, notamment le grand rhinolophe.Certaines chauves-souris émettent des cris d'écholocation que nous pouvons entendre, il ne s'agit évidemment pas alors d'ultra-sons, mais de cris que l'on qualifie de « cris sociaux » : c'est-à-dire des cris qui sont utilisés par les chauves-souris pour communiquer entre elles (territorialité, agressivité, parade nuptiale, cri d'appel d'un jeune à sa mère, etc.).
La chauve souris estime la distance en utilisant le temps que l'onde met pour lui revenir, elle sait également si elle se rapproche ou pas de cet objet grâce à la fréquence. Si la fréquence est plus élevée elle s'en rapproche, alors que si la fréquence est plus faible elle s'en éloigne.
Comment la chauve-souris détecte-t-elle la position d'un objet quand elle vole?
La chauve-souris se déplace à une vitesse Vc.
Soit D la distance qui sépare la chauve-souris de l'objet au départ.
Elle émet sa première onde à un temps t1 que l'on pose égal à 0.
Elle émettra ensuite sa deuxième onde à un instant t2=t1 + T=T (T est la période de l'onde).
Les Ultrasons chez les animaux