D6 Mesure de la consommation d'oxygène

Topique

La consommation d'oxygène du poisson est la grandeur mesurée par cette méthode de référence pour quantifier son métabolisme, le coût énergétique de sa nage et sa capacité aérobie maximale. Le principe physique de cette mesure repose sur la calorimétrie aquatique indirecte : l'oxydation des substrats métaboliques du poisson consommant de l'oxygène dans des proportions chimiques connues, la mesure de sa consommation permet d'en déduire sa production de chaleur métabolique, sans mesure directe de cette chaleur.

Pour mesurer cette consommation d'oxygène, il est d'abord nécessaire de mesurer la concentration d'oxygène dissous dans l'eau entourant le poisson. Cette mesure est effectuée à l'aide d'électrodes polarographiques, du type développé par Clark, ou de capteurs optiques détectant l'oxygène par fluorescence ; ces deux types de capteurs atteignent une précision de l'ordre du centième à du dixième de milligramme d'oxygène par litre d'eau.

Dans un respiromètre statique fermé, le poisson consomme l'oxygène dissous dans le volume d'eau confiné du système. La vitesse de diminution de la concentration d'oxygène de cette eau au fil du temps est directement proportionnelle à la consommation d'oxygène du poisson. Pour que cette proportionnalité soit vérifiée, le volume effectif du respiromètre doit inclure le volume d'eau moins le volume occupé par le corps du poisson, car ce dernier ne fait pas partie de la réserve d'oxygène disponible.

Lorsqu'il est nécessaire de mesurer la consommation d'oxygène du poisson nageant à des vitesses connues, on utilise un respiromètre à tunnel de nage. Ce dispositif contraint le poisson à nager à une vitesse contrôlée par le courant d'eau généré par le tunnel lui-même. En répétant cette mesure à différentes vitesses, on établit une courbe reliant la consommation d'oxygène du poisson à sa vitesse de nage. L'application du protocole de vitesse incrémentale de Brett à cette même courbe permet de déterminer la vitesse critique de nage du poisson.

Ces deux respiromètres nécessitent une correction supplémentaire : le biofilm bactérien ou d'autres organismes présents dans le système consomment également de l'oxygène. Par conséquent, la consommation d'oxygène du système doit être mesurée en l'absence du poisson, et cette valeur de fond doit être soustraite de la consommation totale d'oxygène enregistrée afin d'isoler la consommation réellement attribuable au poisson. À partir de la consommation d'oxygène corrigée du poisson, et en la combinant avec le débit d'eau que le poisson fait passer à travers ses branchies lors de la ventilation, on peut estimer l'efficacité avec laquelle ses branchies extraient l'oxygène de l'eau.

Le comportement attendu de la consommation d'oxygène du poisson le long de la courbe construite dans le respiromètre du tunnel de nage est qu'elle augmente avec la vitesse de nage élevée à la puissance deux à trois, ce qui signifie que nager plus vite exige une quantité d'oxygène disproportionnée. Sur cette même courbe, il existe une vitesse de croisière optimale à laquelle le coût énergétique du transport du poisson atteint sa valeur minimale, et à l'autre extrémité de la courbe, au point d'épuisement du poisson, une consommation d'oxygène maximale clairement définie est atteinte, correspondant à la limite supérieure de la capacité aérobie mentionnée au début de ce modèle comme l'une des grandeurs que cette méthode permet de quantifier.

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