E15 Électroréception active et passive

Topique

L'électroréception est la capacité à détecter les champs électriques dans l'eau. Elle est présente chez les requins, les raies, les poissons électriques d'eau douce (qu'ils soient faibles ou puissants) et certaines espèces de téléostéens. Cette capacité se manifeste sous deux formes : l'électroréception passive, où le poisson détecte les champs électriques externes, y compris ceux générés involontairement par d'autres organismes via leur activité biologique, et l'électroréception active, où le poisson génère son propre champ électrique et détecte les perturbations causées par les objets de son environnement, de manière analogue au sonar actif qui détecte les objets en émettant son propre signal.

Le champ électrique généré par un poisson électrique faible grâce à la décharge de son organe électrique est modélisé comme un dipôle électrique : la différence de potentiel entre la tête du poisson, qui joue le rôle de pôle négatif, et sa queue, qui joue le rôle de pôle positif, génère des lignes de champ qui se propagent dans l'eau conductrice. Ce champ dipolaire décroît avec le cube inverse de la distance au voisinage du poisson, une décroissance si rapide qu'elle limite la portée de l'électrolocalisation à une ou deux fois la longueur du corps du poisson.

Lorsqu'un objet pénètre dans ce champ dipolaire, il le perturbe différemment selon sa nature électrique : un objet conducteur, comme une proie ou un autre poisson, concentre les lignes de champ vers lui, tandis qu'un objet résistif, comme une roche, les disperse.

Ces perturbations du champ électrique dipolaire sont détectées par les électrorécepteurs du poisson – les ampoules de Lorenzini chez les élasmobranches, ou les tubercules chez les poissons d'eau douce – qui sont des canaux ioniques sensibles à des différences de potentiel de seulement un à dix nanovolts par centimètre, faisant de l'électroréception le sens le plus sensible connu en biologie.

La distribution du potentiel électrique dans l'eau entourant le poisson, tant dans son propre champ dipolaire que dans le champ généré par des sources de courant externes, obéit à la même loi d'Ohm généralisée au milieu aquatique continu : le potentiel électrique en chaque point de l'eau est déterminé par la distribution des sources de courant et par la conductivité de l'eau, suivant le même type de relation que celle décrite par l'équation de Poisson pour tout champ de potentiel généré par des sources réparties dans l'espace. La perturbation introduite par un objet dans ce champ peut être calculée comme la différence entre la solution de ce même problème de distribution de potentiel avec et sans l'objet — un problème de condition aux limites du même type que celui résolu par l'équation de Laplace. On s'attend à ce que cette perturbation soit proportionnelle à la différence de conductivité entre l'objet et l'eau, au volume de l'objet lui-même et à l'inverse du cube de la distance à l'objet — la même décroissance rapide avec la distance qui, décrite au début de ce modèle, limite la portée de l'électrolocalisation active du poisson.

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