E13 Détection de débit

Topique

La ligne latérale est un système mécanosensoriel réparti sur tout le corps du poisson, détectant les perturbations de pression et de courant dans l'eau environnante. Elle fonctionne comme un organe sensoriel hydrodynamique capable de percevoir l'environnement proche du corps du poisson. Ses unités fonctionnelles sont les neuromastes : des groupes de cellules ciliées encapsulées dans un dôme gélatineux qui se déforme sous l'effet d'un gradient de pression ou d'une variation de la vitesse du courant. Les neuromastes de surface réagissent principalement à la vitesse du courant local, tandis que les neuromastes canalisés, situés dans le canal de la ligne latérale, réagissent aux gradients de pression et sont plus sensibles aux variations de courant au fil du temps.

La ligne latérale fonctionne, dans son ensemble, comme un détecteur d'un champ de pression dynamique réparti sur tout le corps du poisson : elle enregistre la distribution de la pression à la surface du corps et, à partir de cette distribution, des informations peuvent être obtenues sur la structure du courant autour du poisson, notamment la position, la taille et la vitesse des objets, prédateurs, proies et même l'onde de pression laissée par un autre poisson du même banc lorsqu'il nage. Déduire l'origine d'une perturbation à partir des signaux de pression enregistrés par la ligne latérale constitue un problème inverse, analogue à la méthode de synthèse d'ouverture utilisée par les radars et les sonars pour reconstruire la position d'un objet à partir des signaux reçus.

La sensibilité de chaque neuromaste peut être modélisée comme celle d'un oscillateur amorti : son dôme possède une masse effective propre, une rigidité due aux fibres le reliant aux tissus environnants, et un amortissement dû à la viscosité du fluide environnant.

La réponse de ce neuromaste aux différentes fréquences est caractéristique d'un système du second ordre, défini par une fréquence propre qui dépend de la racine carrée du rapport entre la rigidité et la masse effective du dôme, et par un facteur de qualité qui dépend de la racine carrée du produit de cette rigidité et de cette masse, divisé par l'amortissement du système. Les neuromastes de surface sont fortement amortis et possèdent une faible fréquence propre, de l'ordre de 1 à 10 hertz seulement, tandis que les neuromastes canalisés présentent une réponse beaucoup plus plate sur une gamme de fréquences allant jusqu'à 200 hertz. Le comportement attendu de la ligne latérale est que son seuil de détection de la vitesse d'écoulement soit aussi bas qu'un micromètre par seconde, et que grâce à cette extrême sensibilité, elle puisse détecter des proies immobiles dans l'obscurité totale à des distances comprises entre une et deux longueurs de corps du poisson lui-même, en extrayant cette information du même champ de pression dynamique distribué décrit au début de ce modèle.

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