Les oiseaux ont-ils des os creux ?

Oui, beaucoup d’oiseaux ont des os creux, mais pas tous leurs os ni toutes les espèces. Certains os sont dits « pneumatisés » : ils sont remplis d’air venu du système respiratoire au lieu de moelle, et renforcés à l’intérieur par de fines travées. Pourtant, selon une étude de 2010, les os des oiseaux sont en moyenne plus denses que ceux des mammifères, et les oiseaux plongeurs comme les manchots ont des os presque pleins. Le vrai secret du squelette des oiseaux, c’est une ingénierie astucieuse, pas simplement moins d’os.

L’idée « des os creux pour être assez légers pour voler » est très répandue, et à moitié juste seulement.

Réponse rapide : les oiseaux ont-ils des os creux ?

• Certains os seulement. Chez beaucoup d’espèces, quelques os sont remplis d’air et reliés aux sacs aériens des poumons.
• Lesquels varie. L’humérus (os du bras), une partie de la colonne vertébrale et le crâne sont souvent pneumatisés. Les os des pattes contiennent le plus souvent de la moelle, même si certains grands oiseaux y ont aussi de l’air.
• Pas des tubes vides. Les os creux sont traversés par des entretoises et un réseau de fines lamelles osseuses qui les renforcent.
• Pas plus légers au total. Les recherches suggèrent qu’un squelette d’oiseau pèse, par rapport à la taille du corps, à peu près autant que celui d’un mammifère de taille comparable.
• Les plongeurs font exception. Manchots, plongeons et beaucoup de canards plongeurs ont peu d’espaces aériens ou des os pleins, ce qui les aide à rester sous l’eau.

Que veut dire « creux » pour un os d’oiseau ?

Les os des oiseaux se rangent en deux grands types.

Qu’est-ce qu’un os pneumatisé ?

Un os pneumatisé contient des cavités d’air reliées au système respiratoire. Pendant le développement, de fins prolongements des sacs aériens, appelés diverticules, pénètrent dans certains os et remplacent une grande partie de la moelle. On obtient un os à paroi externe mince et dure, et à intérieur rempli d’air. Beaucoup de ces os sont traversés par des travées, un peu comme les croisillons d’un pont métallique ou les nervures à l’intérieur d’une aile d’avion.

Qu’est-ce qu’un os non pneumatisé ?

Ces os sont remplis de moelle, comme la plupart des os de mammifères. Ils peuvent avoir une paroi fine et une grande cavité centrale, mais cette cavité contient du tissu et non de l’air. Chez beaucoup d’oiseaux, les os des pattes et ceux de l’avant-bras appartiennent à ce type.

Comment les sacs aériens communiquent-ils avec les os ?

Les oiseaux possèdent un ensemble de sacs aériens, en général neuf, qui fonctionnent comme des soufflets pour les poumons. Certains envoient des prolongements dans les os. Par exemple, le sac claviculaire est souvent relié à l’humérus par un orifice près de l’épaule. L’air contenu dans les os ne sert pas de façon notable aux échanges gazeux : il occupe simplement l’espace. Pour comprendre comment tout ce système fait circuler l’air, voyez comment respirent les oiseaux.

Quels oiseaux ont le plus d’os creux ?

Le degré de pneumatisation varie beaucoup d’une espèce à l’autre, et suit en général le mode de vie et la taille du corps.

Dans l’ensemble, les scientifiques constatent que les grands oiseaux ont davantage d’os pneumatisés et que les oiseaux plongeurs en ont moins. Le pélican brun d’Amérique est un cas extrême bien connu, avec des espaces aériens non seulement dans de nombreux os mais aussi sous la peau, ce qui pourrait amortir ses plongeons dans l’eau. Le fou de Bassan, que l’on observe au large des côtes bretonnes et normandes, possède lui aussi des coussins d’air sous la peau.

Les os des oiseaux sont-ils vraiment plus légers que ceux des mammifères ?

C’est ici que l’histoire populaire se fissure.

Qu’a montré la recherche sur la densité osseuse ?

Une étude publiée en 2010 dans les Proceedings of the Royal Society B par Elizabeth Dumont a comparé le crâne, l’humérus et le fémur de passereaux, de chauves-souris et de rongeurs. Elle a trouvé que les os d’oiseaux étaient en moyenne plus denses que ceux des mammifères, et non l’inverse. Elle rappelait aussi que des travaux plus anciens avaient montré que le squelette représente à peu près la même part de la masse corporelle chez les oiseaux et chez les mammifères de taille comparable.

Son interprétation : les oiseaux ne sont pas devenus légers en ayant moins d’os. Ils utilisent un os dense, disposé avec efficacité. Un tube creux à paroi mince résiste bien mieux à la flexion et à la torsion qu’une tige pleine de même masse, et c’est pourquoi les cadres de vélo et les structures d’avion sont des tubes. Pour un animal volant, dont les os de l’aile subissent de fortes torsions à chaque battement, c’est exactement la bonne architecture.

Pourquoi dit-on alors que les oiseaux ont un squelette léger ?

Parce que cela paraît logique et qu’un squelette séché a l’air délicat. On cite souvent quelques cas extrêmes, comme l’affirmation selon laquelle les plumes de la frégate superbe pèseraient plus que son squelette. On la retrouve dans de nombreux ouvrages, mais elle repose sur des mesures anciennes, et les chiffres exacts sont à prendre avec prudence.

La formulation la plus juste : les oiseaux ont un squelette solide et rigide pour son poids, et ils économisent du poids de bien d’autres façons dans le reste du corps.

Où les oiseaux gagnent-ils du poids, sinon sur les os ?

Le vol récompense la légèreté, et les oiseaux s’allègent à plusieurs endroits :

1. Pas de dents ni de mâchoire lourde. Un bec léger en kératine remplace les dents et les gros muscles masticateurs, et le broyage est déplacé vers le gésier, près du centre de gravité. Pour en savoir plus, lisez les oiseaux ont-ils des dents.
2. Des os soudés. Beaucoup d’os séparés chez les autres vertébrés sont fusionnés chez les oiseaux. Les clavicules forment la fourchette (furcula), le bassin et le bas de la colonne se soudent en synsacrum, la queue se termine par un pygostyle et les os de la main fusionnent en carpométacarpe. Ces soudures créent un cadre rigide sans articulations ni muscles lourds.
3. Une reproduction simplifiée. La plupart des femelles n’ont qu’un ovaire fonctionnel, en général le gauche, et chez beaucoup d’espèces les organes reproducteurs s’atrophient fortement hors de la saison de reproduction.
4. La ponte. Faire se développer les jeunes dans un œuf, hors du corps, évite de transporter un fœtus en vol.
5. Des poumons efficaces. Le système des sacs aériens assure une respiration très performante avec des poumons relativement petits et rigides.
6. Une digestion rapide. Beaucoup d’oiseaux digèrent vite, ce qui réduit la masse de nourriture transportée dans le tube digestif.

Que contient un os d’oiseau à part de l’air ?

Qu’est-ce que l’os médullaire ?

Les femelles possèdent un tissu particulier, l’os médullaire. Dans les semaines qui précèdent la ponte, elles déposent cet os riche en calcium à l’intérieur des cavités de certains os, souvent ceux des pattes. Il sert de réserve de calcium pour fabriquer la coquille des œufs et il est rapidement mobilisé pendant la ponte. De l’os médullaire a même été signalé dans quelques fossiles de dinosaures, où il a servi à identifier des femelles, même si certaines de ces identifications restent discutées.

Les oiseaux fabriquent-ils encore des cellules sanguines ?

Oui. Comme les mammifères, les oiseaux produisent leurs cellules sanguines dans la moelle de leurs os non pneumatisés.

Les dinosaures avaient-ils aussi des os creux ?

Oui, beaucoup, et c’est l’un des liens les plus clairs entre les oiseaux et leurs ancêtres.

Les théropodes, le groupe qui comprend le tyrannosaure, le vélociraptor et les ancêtres des oiseaux modernes, avaient des os remplis d’air, surtout les vertèbres. Les sauropodes, ces géants au long cou comme le brachiosaure, avaient eux aussi des vertèbres très pneumatisées, ce qui allégeait sans doute beaucoup leur énorme cou. Les ptérosaures, reptiles volants, avaient des os à paroi fine remplis d’air.

Cela suggère que les os pneumatisés et les sacs aériens sont apparus bien avant le vol dans la lignée des oiseaux. Les os creux n’ont pas été « inventés pour voler », même si les oiseaux en tirent clairement parti.

Idées reçues et réalité sur les os des oiseaux

Comment les scientifiques savent-ils qu’un os est creux ?

Les os pneumatisés présentent en général une ouverture caractéristique, le foramen pneumatique, un petit trou à la surface de l’os par lequel est entré le prolongement du sac aérien. Sur un humérus d’oiseau, on le trouve souvent près de l’épaule. À l’intérieur, l’os a une paroi mince et une cavité ouverte, traversée de travées.

Ces ouvertures se conservent dans les fossiles, et c’est ainsi que les paléontologues savent que de nombreux dinosaures avaient des os remplis d’air. En repérant quelles vertèbres et quels os des membres portent des foramens, les chercheurs peuvent déduire l’emplacement des sacs aériens chez des animaux disparus, alors que les tissus mous ont disparu depuis longtemps. Ce type d’indice était au cœur de l’étude publiée dans Nature en 2005 par O’Connor et Claessens, selon laquelle les dinosaures carnivores avaient une organisation des sacs aériens très proche de celle des oiseaux actuels.

Les outils modernes ajoutent des détails. Le scanner permet d’observer l’intérieur des os sans les couper, et de mesurer l’épaisseur de la paroi et la densité des travées sur des spécimens de musée, d’espèces actuelles comme disparues.

Les os deviennent-ils creux quand l’oiseau grandit ?

En général, oui. Chez beaucoup d’oiseaux, les os du poussin sont d’abord remplis de moelle, puis les prolongements des sacs aériens les envahissent progressivement pendant la croissance. Le déroulement et le calendrier diffèrent selon les espèces et selon les os, et tous les os qui pourraient devenir pneumatisés ne le deviennent pas chez chaque individu. Chez certaines espèces, le degré de pneumatisation peut même différer entre le côté gauche et le côté droit d’un même oiseau.

La pneumatisation est donc un processus de développement, façonné par la taille, le mode de vie et l’histoire évolutive.

Squelette d’oiseau et squelette humain : quelles différences ?

Oiseaux et humains partagent le même plan de base des vertébrés, mais les oiseaux l’ont remodelé pour le vol et la marche sur deux pattes.

Nos sinus sont aussi des cavités d’air dans le crâne, mais sans lien avec un système respiratoire à flux continu.

Les os creux ont-ils d’autres fonctions ?

Des chercheurs ont proposé d’autres rôles pour les espaces aériens du squelette, mais les preuves sont plus minces que pour les explications mécaniques et développementales. Parmi les pistes : faciliter la perte de chaleur chez les grands oiseaux, réduire le coût énergétique de fabrication et d’entretien du tissu osseux, et, chez les plongeurs en piqué comme les pélicans et les fous de Bassan, amortir les chocs avec les espaces aériens sous la peau. Il faut les considérer comme des hypothèses à l’étude, pas comme des faits établis.

Pourquoi les oiseaux plongeurs ont-ils des os pleins ?

L’air flotte. Un oiseau rempli d’espaces aériens flotte facilement et doit fournir de gros efforts pour rester sous l’eau. Les manchots, qui ne volent pas et passent une grande partie de leur vie à nager, ont des os denses et en grande partie pleins, qui réduisent leur flottabilité et leur font économiser de l’énergie en plongée. Les plongeons, les grèbes, les cormorans et beaucoup de canards plongeurs, comme le fuligule milouin ou le harle bièvre, montrent aussi une pneumatisation réduite. Certains chassent en outre l’air de leur plumage avant de plonger.

C’est un bel exemple de compromis. Un squelette plein aide un plongeur mais serait un fardeau pour un pélican qui plane, et inversement. Pour voir comment les oiseaux d’eau s’adaptent à la vie aquatique, lisez pourquoi les canards ne sont pas mouillés.

Les os des oiseaux sont-ils solides ?

Solides pour leur poids, mais avec des limites. Les os à paroi fine résistent bien à la flexion et à la torsion, ce qui convient aux contraintes du vol. Les colibris, qui battent des ailes extrêmement vite, s’appuient sur un squelette rigide pour ancrer leurs puissants muscles du vol, comme l’explique notre article sur le vol stationnaire des colibris. Les pics ont leurs propres adaptations du crâne pour frapper le bois, détaillées dans pourquoi les pics n’ont pas mal à la tête.

Pourtant, un choc violent, comme une collision avec une vitre ou une morsure de chat, peut fracturer un os d’oiseau, et un os à paroi mince peut éclater. Comme certains os communiquent avec les sacs aériens, une fracture peut aussi laisser fuir de l’air ou perturber la respiration. C’est pourquoi un oiseau blessé a besoin de soins spécialisés.

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

Cette anatomie a quelques conséquences pratiques :

1. Manipuler les oiseaux doucement et le moins possible. Si vous devez déplacer un oiseau blessé, soutenez son corps sans serrer dans une serviette et placez-le dans un carton aéré. Ne comprimez pas sa poitrine : l’oiseau doit pouvoir bouger ses côtes et son sternum pour respirer.
2. Ne posez pas d’attelle vous-même. Les os d’oiseaux se consolident vite, mais souvent dans une mauvaise position s’ils ne sont pas correctement réduits. Contactez un centre de soins pour la faune sauvage ; la LPO et les réseaux de centres de soins peuvent vous orienter. Notre guide que faire d’un oiseau blessé détaille les étapes.
3. Prévenir les collisions avec les vitres. Les chocs contre les fenêtres sont une cause majeure de blessures. Marquer les vitres est l’une des mesures les plus efficaces, comme l’explique comment éviter que les oiseaux percutent les vitres.
4. Aider les femelles au printemps. Avant la ponte, les femelles ont besoin de calcium pour l’os médullaire et les coquilles. Certaines personnes proposent des coquilles d’œufs cuites au four puis écrasées près des mangeoires ; renseignez-vous d’abord sur les recommandations locales, notamment en matière d’hygiène.

En bref

• Beaucoup d’oiseaux ont quelques os remplis d’air, ou pneumatisés, reliés à leurs sacs aériens.
• Ces os sont renforcés par des travées internes, ce ne sont pas des tubes vides.
• Les os creux varient selon l’espèce ; les grands planeurs en ont le plus.
• Les manchots et beaucoup d’oiseaux plongeurs ont des os en grande partie pleins pour réduire leur flottabilité.
• Les os des oiseaux sont en moyenne plus denses que ceux des mammifères.
• Le squelette pèse à peu près la même part de la masse corporelle chez un oiseau et chez un mammifère de même taille.
• De nombreux dinosaures et ptérosaures avaient eux aussi des os remplis d’air.
• Les femelles stockent le calcium des coquilles dans un os particulier, l’os médullaire.

Sources

• Dumont (2010), Bone density and the lightweight skeletons of birds, Proceedings of the Royal Society B
• O’Connor et Claessens (2005), Basic avian pulmonary design and flow-through ventilation in non-avian theropod dinosaurs, Nature
• Muséum national d’Histoire naturelle
• LPO, Ligue pour la Protection des Oiseaux
• Cornell Lab of Ornithology, All About Birds