Comment les oiseaux savent-ils où migrer ?

Les oiseaux savent où migrer grâce à une combinaison d’instructions héritées et d’informations apprises. La plupart connaissent dès la naissance la direction et la durée approximative du voyage. Leurs boussoles : le soleil, les étoiles et le champ magnétique terrestre. Avec l’expérience s’ajoute une carte mentale fondée sur des repères et parfois des odeurs. Beaucoup d’oiseaux, comme les grues et les oies, apprennent les routes auprès de congénères plus âgés ; en 2013, une étude dans Science a montré que les jeunes migraient mieux avec des oiseaux expérimentés.

Aucun sens ne fait tout le travail à lui seul. La migration repose sur des systèmes redondants, que les espèces combinent dans des proportions différentes. Voici ce que des décennies d’expériences ont révélé sur chaque pièce du puzzle.

L’essentiel en bref

• Beaucoup de jeunes passereaux font leur première migration seuls, guidés par une direction et un calendrier hérités.
• Les oiseaux utilisent au moins trois boussoles : le soleil, les étoiles et le champ magnétique terrestre.
• Les adultes s’appuient aussi sur une carte apprise pour corriger leur route. Les jeunes en sont souvent incapables.
• La durée du jour et une horloge interne annuelle règlent le calendrier de la migration.
• La plupart des petits passereaux migrent de nuit ; les planeurs comme les cigognes et les rapaces migrent de jour.
• Certains oiseaux marins semblent utiliser l’odorat pour s’orienter en haute mer.

La migration est-elle innée ou apprise ?

Les deux. Les scientifiques décrivent souvent la première migration comme un programme « horloge et boussole » : un sens hérité de la direction à prendre (la boussole) et de la durée du vol (l’horloge). Un jeune oiseau n’a pas besoin de savoir où se trouve sa zone d’hivernage. Il lui suffit de voler dans la bonne direction pendant le bon laps de temps.

Comment sait-on que c’est héréditaire ?

Certaines des preuves les plus nettes viennent d’oiseaux en cage. À la saison de migration, les migrateurs captifs deviennent agités la nuit, sautillant et battant des ailes dans une direction précise. Les chercheurs appellent ce phénomène Zugunruhe, un mot allemand qui signifie agitation migratoire. Des oiseaux élevés à la main, qui n’ont jamais migré ni vu d’autres oiseaux le faire, la manifestent quand même, orientée à peu près comme la route des oiseaux sauvages de leur population, et pendant à peu près autant de semaines que durerait le vrai voyage.

Les recherches sur la fauvette à tête noire, un oiseau très commun dans les jardins français, sont allées plus loin. À partir de la fin du XXe siècle, une population d’Europe centrale s’est mise à hiverner en Grande-Bretagne et en Irlande, en volant vers le nord-ouest au lieu de suivre la route traditionnelle vers le sud-ouest et l’Espagne. Peter Berthold et ses collègues ont élevé en captivité des jeunes issus de ces oiseaux et constaté qu’ils avaient hérité de la nouvelle direction nord-ouest. Quand des oiseaux de populations aux directions différentes étaient croisés, les jeunes s’orientaient dans une direction intermédiaire. La direction migratoire est donc largement génétique et peut évoluer en quelques décennies.

Que se passe-t-il quand on déplace des oiseaux ?

Dans une expérience célèbre des années 1950, le biologiste néerlandais A. C. Perdeck a bagué des milliers d’étourneaux sansonnets capturés aux Pays-Bas pendant la migration d’automne, puis les a transportés en Suisse avant de les relâcher. Les adultes, qui avaient déjà migré, ont corrigé leur route et beaucoup ont rejoint leurs zones d’hivernage habituelles du nord-ouest de l’Europe. Les jeunes ont continué dans leur direction héritée et se sont retrouvés loin du but, en Espagne ou dans le sud de la France.

La leçon : les jeunes suivent une boussole. Les adultes expérimentés disposent en plus d’une carte qui leur permet de savoir où ils sont et de corriger.

Quelles boussoles les oiseaux utilisent-ils ?

Les oiseaux se servent-ils du soleil ?

Oui. Dans les années 1950, Gustav Kramer a montré que des étourneaux en cage s’orientaient dans leur direction migratoire par temps ensoleillé et perdaient le cap sous un ciel couvert. Quand il déplaçait la position apparente du soleil avec des miroirs, les oiseaux décalaient leur direction du même angle.

Le soleil se déplace dans le ciel : une boussole solaire ne fonctionne donc que si l’oiseau connaît l’heure. Les oiseaux y parviennent grâce à leur horloge circadienne interne. Les expériences qui décalent cette horloge, en soumettant l’oiseau à un rythme lumineux modifié, provoquent des erreurs de direction prévisibles, ce qui prouve le lien.

Beaucoup d’oiseaux utiliseraient aussi les motifs de lumière polarisée du ciel au crépuscule, visibles même quand le soleil est passé sous l’horizon. Les chercheurs pensent que ces informations aident les migrateurs nocturnes à étalonner leurs autres boussoles avant le départ, mais les détails restent débattus.

Les oiseaux s’orientent-ils grâce aux étoiles ?

Beaucoup de migrateurs nocturnes, oui. Dans des travaux classiques des années 1960 et 1970, Stephen Emlen a placé des passerins indigo, de petits passereaux nord-américains, dans un planétarium et testé leur orientation sous différents ciels étoilés. Ils ne se fiaient pas à une étoile en particulier. Ils apprenaient le centre de rotation du ciel nocturne, proche de l’étoile Polaire dans l’hémisphère Nord. Des jeunes élevés sous un ciel artificiel tournant autour d’une autre étoile considéraient ce nouveau point comme le nord.

La boussole stellaire s’apprend donc tôt dans la vie de l’oiseau, en observant quelle partie du ciel reste immobile. La solution est astucieuse : la position exacte des étoiles change sur des milliers d’années, mais le pôle de rotation reste une référence fiable.

Comment fonctionne la boussole magnétique ?

Dans les années 1960 et 1970, Wolfgang et Roswitha Wiltschko ont montré que des rougegorges familiers en cage s’orientaient grâce au champ magnétique terrestre, et que modifier ce champ avec des bobines changeait leur direction. Surprise : les rougegorges ne percevaient pas quel côté était le nord ou le sud, comme une boussole humaine. Ils percevaient l’inclinaison des lignes de champ par rapport au sol. Ces lignes plongent fortement près des pôles et sont presque horizontales près de l’équateur, ce qui permet à l’oiseau de distinguer « vers le pôle » de « vers l’équateur ».

Le mécanisme est toujours à l’étude. L’hypothèse principale fait intervenir des protéines de la rétine, les cryptochromes. Sous l’effet de la lumière, elles forment des paires de molécules aux spins électroniques liés, dites paires de radicaux, dont le comportement chimique peut être influencé par la direction d’un champ magnétique faible. Une étude publiée en 2021 dans Nature a montré qu’un cryptochrome du rougegorge familier est sensible au magnétisme en laboratoire. Cela appuie l’idée, mais la chaîne complète entre la molécule et le comportement n’a pas encore été démontrée.

Dans certaines expériences, un faible bruit radiofréquence émis par des appareils électroniques a perturbé l’orientation magnétique des rougegorges, ce qui est cohérent avec l’hypothèse des paires de radicaux. Pour aller plus loin, lisez notre article les oiseaux utilisent-ils le champ magnétique terrestre.

Comment les oiseaux combinent-ils leurs boussoles ?

Les oiseaux semblent étalonner une boussole par rapport à une autre, surtout au coucher et au lever du soleil. L’indice prioritaire peut varier selon l’espèce, l’âge et les conditions. Cette redondance est précieuse : si les nuages cachent le soleil et les étoiles, la boussole magnétique fonctionne toujours.

Les oiseaux ont-ils une carte ?

Une boussole indique à l’oiseau où est le sud. Une carte lui dit où il se trouve. Les migrateurs adultes et les pigeons voyageurs possèdent clairement une forme de carte, puisqu’ils corrigent un déplacement, mais son fonctionnement est l’un des points les moins établis de la science.

Les indices proposés pour cette carte sont :

• L’intensité et l’inclinaison magnétiques, qui varient à la surface de la Terre et pourraient en théorie fournir une grille de position approximative.
• L’odorat. Des pigeons voyageurs privés d’odorat s’orientent mal depuis des lieux inconnus. Des études sur les puffins, des oiseaux marins qui traversent d’immenses étendues d’océan, ont montré que les individus à l’odorat altéré avaient du mal à naviguer en haute mer, tout en se débrouillant près des côtes.
• Les sons de très basse fréquence (infrasons), qui portent très loin et ont été proposés comme indice chez les pigeons, avec des preuves limitées.
• Les repères familiers, comme les côtes, les fleuves et les chaînes de montagnes, surtout en fin de trajet et chez les migrateurs diurnes.

Une ancienne hypothèse selon laquelle des cellules riches en fer du bec des pigeons détecteraient le magnétisme a perdu du terrain après une étude de 2012 montrant qu’il s’agissait surtout de cellules immunitaires, des macrophages, et non de neurones sensoriels. La question de la carte magnétique reste ouverte.

Les jeunes suivent-ils leurs parents ?

Chez certaines espèces, oui, et l’apprentissage est essentiel.

• Les grues, les oies et les cygnes migrent en famille, et les jeunes apprennent routes et haltes auprès des adultes. Les grues cendrées qui traversent la France chaque automne, notamment au-dessus du lac du Der, voyagent ainsi en groupes familiaux. En Amérique du Nord, des jeunes grues blanches ont été guidées vers le sud par des ULM dans un programme de conservation. Une étude publiée en 2013 dans Science a montré que les jeunes migraient plus précisément quand des oiseaux âgés et expérimentés étaient dans le groupe, et que la précision augmentait avec l’âge du plus vieil oiseau.
• La cigogne blanche migre souvent en groupe, et les jeunes apprennent peut-être des autres. Les cigognes d’Europe de l’Ouest, dont la plupart des cigognes françaises, passent en Afrique par Gibraltar, tandis que celles d’Europe de l’Est passent par la Turquie et le Bosphore. Les deux routes évitent les longues traversées maritimes, car les cigognes dépendent des ascendances d’air chaud, qui se forment au-dessus des terres.
• Beaucoup de passereaux et le coucou gris voyagent seuls. Le coucou est un exemple frappant : les jeunes sont élevés par d’autres espèces, ne rencontrent jamais leurs parents et migrent pourtant seuls d’Europe vers l’Afrique.

Comment les oiseaux savent-ils quand partir ?

Le calendrier dépend d’un rythme annuel interne, l’horloge circannuelle, réglée par la durée du jour. Dans des expériences de longue durée, Eberhard Gwinner a maintenu des fauvettes sous une durée de jour constante : elles ont continué à enchaîner prise de graisse, agitation et mue à intervalles à peu près annuels.

Dans la nature, l’allongement des jours au printemps et leur raccourcissement en automne synchronisent cette horloge. L’oiseau mange davantage et accumule de la graisse, prenant parfois une part importante de son poids avant un long vol. La météo décide ensuite de la nuit exacte du départ. En Europe comme en Amérique du Nord, la migration automnale des passereaux s’intensifie souvent les nuits claires qui suivent un front froid apportant des vents du nord.

Pourquoi tant d’oiseaux migrent-ils la nuit ?

La plupart des petits passereaux, dont de nombreuses fauvettes, grives, bruants, pouillots et gobemouches, effectuent l’essentiel de leurs vols migratoires après la tombée de la nuit. Les radars météorologiques détectent régulièrement d’énormes vagues d’oiseaux décollant peu après le coucher du soleil les bonnes nuits de migration. Les chercheurs avancent plusieurs avantages, qui agissent sans doute ensemble :

• Un air plus frais et plus calme. Le vol battu produit de la chaleur et consomme de l’eau. L’air nocturne est plus frais et l’atmosphère souvent plus stable.
• Moins de prédateurs. Beaucoup d’éperviers et de faucons chassent de jour.
• La journée pour se ravitailler. Voler la nuit laisse les heures de jour pour chercher de la nourriture aux haltes.
• L’accès aux indices du crépuscule et des étoiles. Les migrateurs nocturnes étalonnent leurs boussoles au coucher du soleil et utilisent la boussole stellaire en vol.

Les grands planeurs font l’inverse. Cigognes, aigles, vautours, milans, bondrées et pélicans migrent de jour, car ils dépendent des thermiques, ces colonnes d’air chaud qui montent quand le soleil chauffe le sol. Ils prennent de la hauteur en tournoyant, glissent jusqu’au thermique suivant et recommencent, en battant très peu des ailes. C’est pourquoi la migration des rapaces et des cigognes se concentre aux endroits qui évitent les grandes étendues d’eau, comme le détroit de Gibraltar, le Bosphore, les cols des Pyrénées occidentales ou l’isthme d’Amérique centrale.

Les oiseaux de l’hémisphère Sud migrent-ils aussi ?

Oui, même si l’on en parle moins. En Amérique du Sud, beaucoup d’oiseaux sont des migrateurs australs : ils nichent dans le sud tempéré, par exemple dans le sud du Brésil, en Argentine et au Chili, puis remontent vers les tropiques pendant l’hiver austral. Plusieurs tyrans, dont le tyran des savanes, en sont des exemples bien connus. D’autres espèces migrent en altitude, le long des montagnes, plutôt qu’en latitude.

Les mêmes outils de navigation s’appliquent. Le ciel austral n’a pas d’étoile polaire brillante, mais la boussole stellaire n’en a pas besoin : les oiseaux apprennent le centre de rotation du ciel, quelles que soient les étoiles qui l’entourent. La boussole magnétique d’inclinaison fonctionne aussi dans les deux hémisphères, puisqu’elle perçoit l’angle des lignes de champ, qui pointent vers le pôle le plus proche.

Comment retrouvent-ils le même jardin chaque année ?

Beaucoup de migrateurs sont très fidèles à leurs sites. Le baguage en Europe et en Amérique du Nord a montré que des individus reviennent sur le même territoire de nidification, voire sur la même zone d’hivernage, année après année. Les hirondelles rustiques reviennent souvent dans la même grange, et des oiseaux bagués ont confirmé qu’il pouvait s’agir du même individu.

Cette précision semble reposer sur les systèmes de carte et de repères. L’oiseau utilise ses boussoles pour atteindre la bonne région, puis se fie à des éléments familiers, côtes, rivières, lisières de forêt et enfin arbres et bâtiments précis. Cette dernière étape s’apprend, ce qui explique que ce retour au point près concerne surtout les adultes.

Des exemples de navigation remarquable

Pour en savoir plus, lisez nos articles jusqu’où migrent les oiseaux et quel oiseau migre le plus loin.

Pourquoi certains oiseaux se perdent-ils ?

Malgré tout cet équipement, les erreurs arrivent :

• Migration inversée ou en miroir. Des jeunes volent parfois dans la direction opposée ou symétrique de la bonne, peut-être à cause d’erreurs dans l’expression du programme hérité. C’est une explication des oiseaux rares observés loin de leur aire normale, comme les pouillots à grands sourcils observés presque chaque automne sur les îles de l’Atlantique, dont Ouessant.
• Tempêtes et vents. Les oiseaux peuvent être emportés loin de leur route par le mauvais temps, surtout au-dessus de la mer.
• Éclairage artificiel. Les migrateurs nocturnes sont attirés et désorientés par les lumières vives, qui les entraînent vers les villes et les bâtiments éclairés, à l’origine de nombreuses collisions avec les vitres. Notre guide éviter que les oiseaux percutent les vitres propose des solutions concrètes.

Idées reçues et réalité

Idée reçue : les oiseaux suivent chaque année exactement le même chemin, comme une route. Réalité : beaucoup d’adultes restent fidèles à de grands axes, des haltes et des zones d’hivernage, mais leur trajet précis varie selon le vent et la météo.

Idée reçue : les jeunes suivent toujours leurs parents vers le sud. Réalité : beaucoup de passereaux font leur premier voyage seuls, guidés par une direction et un calendrier hérités.

Idée reçue : les oiseaux ont une boussole magnétique comme la nôtre. Réalité : leur boussole perçoit l’inclinaison des lignes de champ, pas la polarité nord-sud.

Idée reçue : c’est le froid qui déclenche la migration. Réalité : la durée du jour et les horloges internes sont les déclencheurs principaux. La météo ne fait qu’ajuster la date du départ.

Qu’est-ce que cela change pour l’observateur du jardin ?

Vous pouvez voir beaucoup de ces phénomènes depuis chez vous.

1. Éteignez les éclairages extérieurs inutiles pendant les migrations de printemps et d’automne. De plus en plus de communes françaises réduisent l’éclairage nocturne pour préserver la biodiversité.
2. Gardez mangeoires et points d’eau propres pour les migrateurs en halte, qui doivent refaire leurs réserves vite. Voir comment nettoyer une mangeoire.
3. Plantez des arbustes et des arbres locaux. Les insectes et les baies de l’aubépine, du sureau ou du cornouiller nourrissent fauvettes et grives de passage. Notre guide des arbustes à baies pour les oiseaux est un bon point de départ.
4. Notez vos observations. Les données saisies dans eBird ou sur Faune-France aident les scientifiques à suivre le calendrier des migrations. Notre guide utiliser eBird explique comment faire.
5. Surveillez la météo. En automne, une nuit claire après un front froid est souvent suivie d’une matinée riche en nouveaux oiseaux.

Sources

• LPO, Ligue pour la protection des oiseaux
• Faune-France, portail participatif de données naturalistes
• BirdCast, prévisions de migration du Cornell Lab of Ornithology et partenaires
• Xu et al. 2021, Magnetic sensitivity of cryptochrome 4 from a migratory songbird, Nature
• Mueller et al. 2013, Social learning of migratory performance, Science
• RSPB : le coucou gris