E11 Capture d'oxygène

Topique

L'absorption d'oxygène chez les poissons est le processus par lequel l'oxygène passe de l'eau au sang à travers les branchies. Ce processus détermine la capacité aérobie maximale du poisson et obéit aux mêmes principes de diffusion que ceux décrits par la loi de Fick pour tout gaz dissous.

Les branchies sont des échangeurs biologiques à contre-courant : l'eau qui les traverse circule dans le sens inverse du sang qui circule dans les capillaires branchiaux. Cette disposition à contre-courant maintient un gradient de pression partielle d'oxygène favorable sur toute la longueur du capillaire, au lieu que ce gradient ne s'épuise dès le début de l'échange. Grâce à ce mécanisme, le poisson est capable d'extraire jusqu'à 80 % de l'oxygène dissous dans l'eau qui traverse ses branchies.

Cette diffusion de l'oxygène à travers la membrane branchiale est un processus passif, régi par la loi de Fick : la vitesse de transfert de l'oxygène est proportionnelle à la différence de pression partielle d'oxygène entre l'eau et le sang, à la surface de la membrane branchiale disponible pour l'échange et à la perméabilité de cette membrane. Cette même surface de la membrane branchiale n'est pas fixe : elle varie allométriquement avec la masse corporelle du poisson et avec les besoins d'activité de chaque espèce. Ainsi, les poissons très actifs, comme le thon, ont une surface branchiale jusqu'à dix fois supérieure, par unité de masse corporelle, à celle des poissons sédentaires.

Outre la surface branchiale disponible pour l'absorption d'oxygène, la quantité d'oxygène que l'eau peut dissoudre dépend de sa solubilité, mesurée par le coefficient de Bunsen, qui diminue lorsque la température de l'eau augmente. Ceci explique pourquoi les eaux chaudes sont plus limitantes pour les poissons ayant des besoins aérobiques élevés, qui nécessitent une eau suffisamment oxygénée. La quantité totale d'oxygène extraite de l'eau par le poisson est le produit du débit d'eau traversant ses branchies lors de la ventilation et de la différence de concentration en oxygène entre l'eau entrant et sortant des branchies. Le comportement attendu est que la consommation maximale d'oxygène du poisson soit proportionnelle à sa masse corporelle élevée à une puissance proche de 0,88, et que le taux de ventilation branchiale augmente linéairement avec cette consommation, jusqu'à une limite imposée par la capacité de diffusion de la membrane branchiale, introduite au début du modèle. Au-delà de cette limite, l'augmentation du débit d'eau à travers les branchies n'accroît plus l'absorption d'oxygène, car le facteur limitant se déplace de l'eau disponible vers la membrane elle-même.

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