Les oiseaux utilisent-ils le champ magnétique terrestre ?

Oui. Les oiseaux utilisent le champ magnétique terrestre comme boussole, et beaucoup de migrateurs s’en servent probablement aussi comme d’une carte. Cette capacité a été démontrée expérimentalement chez des dizaines d’espèces, à commencer par le rouge-gorge familier dans les années 1960, et les meilleures données actuelles désignent comme capteur une protéine sensible à la lumière située dans l’œil, le cryptochrome 4.

Voici ce que les scientifiques savent avec certitude, ce qui fait encore débat, et ce que cela signifie pour les oiseaux qui survolent votre jardin les nuits d’automne.

En bref : comment les oiseaux utilisent le champ magnétique

• Comme boussole. Les oiseaux peuvent déterminer une direction grâce au champ magnétique, même quand ils ne voient ni le soleil ni les étoiles.
• Comme carte, probablement. L’intensité et l’inclinaison du champ varient à la surface du globe, et des expériences suggèrent que certains migrateurs lisent ces variations pour savoir où ils se trouvent.
• Par les yeux, très probablement. Chez les passereaux, la boussole a besoin de lumière et semble fonctionner grâce à une réaction chimique dans des protéines de la rétine, les cryptochromes.
• Avec d’autres repères. Les oiseaux utilisent aussi le soleil, les étoiles, la lumière polarisée au crépuscule, les repères du paysage et peut-être l’odorat. Le sens magnétique est un outil de la trousse, pas toute la trousse.

Comment sait-on que les oiseaux perçoivent le champ magnétique ?

Les premières preuves convaincantes sont venues d’Allemagne. Au milieu des années 1960, Wolfgang Wiltschko et ses collègues ont placé des rouges-gorges familiers dans des cages d’orientation circulaires pendant la saison de migration. En cage, les migrateurs deviennent agités la nuit, un comportement désigné par le mot allemand Zugunruhe, et sautillent dans la direction qu’ils prendraient en vol. Quand les chercheurs ont utilisé des bobines électriques pour faire tourner le champ magnétique autour de la cage, les rouges-gorges ont modifié leur direction de sautillement en conséquence.

Un outil très utilisé pour ce type de travaux est l’entonnoir d’Emlen, mis au point par Stephen Emlen et John Emlen. C’est un cône tapissé de papier : l’oiseau se tient sur un tampon encreur au fond et laisse des empreintes là où il saute sur les parois.

Le pigeon voyageur a fourni une deuxième série de preuves. Au début des années 1970, William Keeton, à l’université Cornell, a fixé de petits aimants sur des pigeons et les a lâchés loin de leur colombier. Par temps ensoleillé, les oiseaux équipés rentraient aussi bien que les témoins. Par ciel couvert, beaucoup étaient désorientés. Les pigeons semblaient donc se fier au soleil quand ils le voient, et au champ magnétique sinon.

Depuis, une boussole magnétique a été démontrée chez quelques dizaines d’espèces de groupes très différents, des fauvettes et gobemouches migrateurs nocturnes jusqu’à la poule domestique. Comme on la trouve chez des oiseaux très éloignés sur le plan évolutif, la plupart des chercheurs pensent qu’elle est répandue.

Que perçoit exactement la boussole magnétique d’un oiseau ?

Une boussole de randonnée indique le nord parce que son aiguille réagit à la polarité du champ. Celle de l’oiseau fonctionne autrement.

Qu’est-ce qu’une boussole d’inclinaison ?

Les lignes du champ magnétique terrestre ne sont pas parallèles au sol. Près de l’équateur, elles sont à peu près horizontales. Vers les pôles, elles plongent de plus en plus fortement jusqu’à pointer presque verticalement vers le sol. Les Wiltschko ont montré en 1972 que les rouges-gorges lisent cet angle, appelé inclinaison, et non la polarité.

En pratique, l’oiseau ne connaît pas le « nord » et le « sud » au sens magnétique. Il connaît le côté « polaire », où les lignes de champ plongent vers le sol, et le côté « équatorial », où elles remontent. Quand les chercheurs inversaient seulement la composante verticale du champ, les rouges-gorges faisaient demi-tour. Quand ils inversaient la polarité en conservant l’angle, les oiseaux n’y prêtaient aucune attention.

Une boussole d’inclinaison a un angle mort intéressant. À l’équateur magnétique, les lignes de champ sont horizontales, si bien que les directions polaire et équatoriale se confondent. Les oiseaux qui franchissent l’équateur, comme beaucoup de passereaux européens qui hivernent en Afrique australe, doivent donc inverser leur cap préféré après l’avoir passé. Le mécanisme exact est encore étudié, mais des expériences suggèrent que l’exposition à des lignes de champ horizontales peut déclencher ce changement.

La boussole magnétique a-t-elle besoin de lumière ?

Chez les passereaux, oui. Les rouges-gorges s’orientent normalement sous une faible lumière bleue ou verte, et sont désorientés sous une lumière rouge ou jaune. Ce fut l’un des premiers indices que le capteur est chimique et se trouve dans l’œil.

Où se trouve le capteur magnétique de l’oiseau ?

Deux mécanismes ont longtemps été en concurrence. Pour la boussole, les données penchent nettement vers l’un d’eux.

L’œil : les cryptochromes et l’hypothèse des paires de radicaux

En 1978, le physicien Klaus Schulten a proposé que les oiseaux perçoivent le magnétisme grâce à une réaction à « paire de radicaux ». Quand la lumière frappe certaines molécules, elle peut déplacer un électron d’une partie de la molécule vers une autre, laissant deux électrons non appariés. Le faible champ magnétique terrestre peut modifier l’équilibre entre leurs états de spin, ce qui change les produits chimiques formés. Si ces molécules sont alignées de façon ordonnée dans la rétine, le résultat varie selon l’orientation de la tête de l’oiseau par rapport au champ.

En 2000, Thorsten Ritz et ses collègues ont suggéré que des protéines appelées cryptochromes étaient le bon type de molécule. Les cryptochromes absorbent la lumière bleue et sont présents dans la rétine des oiseaux.

La preuve la plus solide à ce jour est arrivée en 2021, quand une équipe dirigée par Henrik Mouritsen et Peter Hore a publié dans Nature une étude sur le cryptochrome 4, ou Cry4, du rouge-gorge familier. Les chercheurs ont produit la protéine en laboratoire et montré que ses réactions déclenchées par la lumière étaient sensibles aux champs magnétiques. Le Cry4 du rouge-gorge paraissait plus sensible que celui de la poule et du pigeon, qui ne migrent pas de nuit.

Le dossier n’est pas encore clos. Mesurer un effet magnétique sur une protéine purifiée en laboratoire ne prouve pas que la même réaction guide le comportement d’un oiseau vivant. Mais Cry4 est aujourd’hui le candidat principal.

Le Cluster N : une région cérébrale pour la navigation nocturne

Un autre indice vient du cerveau. Chez les passereaux migrateurs nocturnes, une région du cerveau antérieur appelée Cluster N devient très active quand les oiseaux s’orientent magnétiquement la nuit. Le Cluster N reçoit des informations du système visuel. Dans une étude publiée dans Nature en 2009, Manuela Zapka et ses collègues ont montré que des rouges-gorges dont le Cluster N était lésé ne pouvaient plus utiliser leur boussole magnétique, tout en restant capables d’utiliser les étoiles et le soleil. Cela concorde parfaitement avec un capteur situé dans l’œil.

Le bec : qu’est devenue l’hypothèse du fer ?

L’autre idée était que les oiseaux portent de minuscules cristaux de magnétite, un oxyde de fer magnétique, reliés à des nerfs. Pendant des années, des amas de cellules riches en fer situés dans la partie supérieure du bec des pigeons ont été présentés comme des magnétorécepteurs. En 2012, une équipe dirigée par David Keays a montré dans Nature que ces cellules étaient surtout des macrophages, des cellules immunitaires qui stockent le fer, et non des neurones sensoriels.

L’hypothèse du fer n’est pas totalement abandonnée. Certaines études suggèrent qu’une branche du nerf trijumeau, qui innerve le bec et la face, transmet des informations magnétiques utiles au sens de la carte plutôt qu’à la boussole. Pour l’instant, le résumé honnête est le suivant : la boussole se trouve très probablement dans l’œil, un sens magnétique de la carte existe peut-être à part, et son support reste inconnu.

Les oiseaux utilisent-ils le champ magnétique comme une carte ?

Une boussole indique dans quelle direction on regarde. Une carte indique où l’on se trouve. Les oiseaux déportés par le vent ou déplacés par des chercheurs parviennent souvent à corriger leur trajectoire vers le bon objectif, ce qui suppose une certaine notion de position.

Le champ magnétique peut y contribuer. Son intensité totale est plus faible près de l’équateur et plus forte près des pôles. L’inclinaison change avec la latitude. La déclinaison, l’angle entre le nord magnétique et le nord géographique, varie à la surface du globe d’une façon qui peut aider à estimer la longitude. En principe, un oiseau qui connaît la répartition de ces valeurs pourrait en déduire sa position.

Plusieurs expériences vont dans ce sens. Dans une étude publiée en 2017 dans Current Biology, Nikita Chernetsov et ses collègues ont exposé des rousserolles effarvattes en Russie à une déclinaison modifiée, sans rien changer d’autre. Les oiseaux se sont réorientés comme s’ils avaient été déplacés physiquement d’environ 1 000 km vers l’ouest, et ont corrigé leur cap en conséquence. D’autres études sur les tortues marines et les saumons montrent des capacités de carte magnétique comparables, ce qui laisse penser que cette stratégie est ancienne et partagée par de nombreux animaux.

La carte est plus difficile à tester que la boussole, mais beaucoup de migrateurs semblent utiliser l’information magnétique pour se situer, surtout les adultes expérimentés.

Comment le sens magnétique s’articule-t-il avec les autres repères ?

Aucun oiseau ne se fie au seul magnétisme. Les migrateurs jonglent avec plusieurs systèmes et les comparent entre eux.

Les travaux de Stephen Emlen dans les années 1960 ont montré que les jeunes passerins indigo, un passereau nord-américain, apprennent la boussole stellaire en observant la rotation du ciel nocturne autour du pôle céleste. Des travaux ultérieurs de Rachel Muheim et d’autres ont suggéré que les passereaux utilisent la bande de lumière polarisée au coucher et au lever du soleil pour étalonner leur boussole magnétique. Les détails varient selon les espèces, mais les oiseaux combinent clairement les repères.

Pour comprendre comment les jeunes oiseaux réussissent leur premier voyage, consultez notre guide sur comment les oiseaux savent où migrer.

La technologie humaine peut-elle perturber la boussole des oiseaux ?

En 2014, Svenja Engels et ses collègues de l’université d’Oldenburg, en Allemagne, ont publié une étude dans Nature après avoir constaté que leurs rouges-gorges en cage ne parvenaient pas à s’orienter sur le campus. Quand ils ont tapissé les cabanes en bois de grillages en aluminium reliés à la terre, qui bloquaient le bruit électromagnétique à large bande d’environ 2 kHz à 5 MHz, les rouges-gorges se sont orientés normalement. Quand les grillages n’étaient plus reliés à la terre, ou quand on réintroduisait le bruit, les oiseaux perdaient à nouveau le nord. Les niveaux de bruit étaient très inférieurs à toutes les limites de sécurité pour l’humain.

Le signal perturbateur était un faible bruit radiofréquence à large bande, celui que produisent les appareils électroniques ordinaires en ville, et non le champ des lignes électriques ou le signal d’une antenne relais isolée. Attention à la portée du résultat : il s’agissait d’oiseaux en cage. L’effet sur des migrateurs sauvages volant en altitude, qui disposent aussi des étoiles et du soleil, n’est pas connu.

L’activité solaire pourrait jouer aussi. Certaines études radar de la migration en Amérique du Nord ont relevé moins d’oiseaux en vol, ou davantage d’oiseaux déviés, pendant de fortes tempêtes géomagnétiques, surtout par ciel couvert. Ce ne sont que des corrélations.

D’autres animaux utilisent-ils le champ magnétique ?

Les oiseaux sont loin d’être seuls. Un sens magnétique a été démontré ou fortement suggéré chez :

• les tortues marines, qui semblent mémoriser la signature magnétique de leur plage natale ;
• les saumons, qui utiliseraient des repères magnétiques pour retrouver l’estuaire de leur rivière d’origine ;
• certains mammifères, dont des rats-taupes et peut-être certaines chauves-souris ;
• des insectes, dont certains papillons migrateurs.

L’être humain n’a pas de sens magnétique confirmé.

Idées reçues sur la navigation et le magnétisme

Idée reçue : les oiseaux ont une minuscule aiguille de boussole dans la tête. En réalité : la boussole des passereaux réagit à l’angle des lignes de champ, pas à leur polarité, et elle dépend de la lumière. Rien à voir avec une aiguille.

Idée reçue : les scientifiques ont trouvé le capteur magnétique exact. En réalité : le cryptochrome 4 de l’œil est le candidat principal pour la boussole, appuyé par de solides données de laboratoire, mais la chaîne complète de la molécule au comportement chez l’oiseau vivant reste à établir.

Idée reçue : les oiseaux voient des lignes magnétiques dessinées dans le ciel. En réalité : l’hypothèse est raisonnable puisque le capteur semble visuel, mais personne ne sait ce que perçoit l’oiseau. Les illustrations de « vision magnétique » sont des interprétations d’artistes.

Idée reçue : lignes électriques et antennes relais ruinent la migration. En réalité : aucune donnée solide ne le montre. Un faible bruit radio à large bande a perturbé des rouges-gorges en cage dans une étude célèbre. Les collisions avec les bâtiments éclairés et les vitres sont des menaces bien mieux documentées. Lisez pourquoi les oiseaux heurtent les vitres.

Idée reçue : les jeunes apprennent la route auprès de leurs parents. En réalité : chez beaucoup de passereaux, les migrateurs de première année volent seuls, de nuit, en suivant un programme hérité de direction et de distance. Oies, grues et cygnes font exception : ils migrent en famille et apprennent les routes.

Ce que cela change pour les amateurs d’oiseaux au jardin

La plupart des passereaux que vous voyez au jardin au printemps et à l’automne migrent de nuit. Fauvettes, pouillots, grives, rougequeues, gobemouches et rouges-gorges du nord de l’Europe décollent après le crépuscule et volent des heures, souvent à plusieurs centaines de mètres d’altitude, parfois bien plus. Chacun d’eux combine étoiles, magnétisme et repères appris en passant au-dessus de chez vous.

Quelques conseils pratiques :

1. Éteindre compte plus que le wifi. Un éclairage artificiel puissant la nuit détourne les migrateurs vers les villes, où ils percutent les vitres. Éteindre les éclairages extérieurs inutiles pendant les pics de migration, en gros d’avril à mai et de septembre à octobre en Europe comme en Amérique du Nord, est l’un des gestes les plus simples, et la LPO le recommande régulièrement.
2. Rendez vos vitres visibles. Les migrateurs fatigués se posent dans les jardins à l’aube pour se nourrir. Moustiquaires extérieures, motifs de points et cordelettes aident. Voir notre guide pour éviter que les oiseaux heurtent les vitres.
3. Offrez une halte. Arbustes locaux, plantes à baies, litière de feuilles et bain d’oiseaux propre aident les migrateurs à reprendre des forces. Notre guide pour aménager un petit jardin favorable aux oiseaux couvre l’essentiel.
4. Écoutez la nuit. Par nuit calme d’automne, on entend souvent les cris de vol ténus des migrateurs. Beaucoup d’ornithologues aiment les enregistrer ; notre article sur pourquoi les oiseaux chantent la nuit explique ce que vous entendez.
5. Notez les arrivées. Transmettre vos observations via eBird, ou via les portails naturalistes régionaux comme Faune France, aide les scientifiques à suivre le calendrier migratoire. Voici comment utiliser eBird.

Exemples à travers le monde

• Rouge-gorge familier. L’espèce modèle de la recherche sur la boussole magnétique. Les populations du nord et de l’est migrent de nuit vers le sud de l’Europe et l’Afrique du Nord, et beaucoup arrivent en France en automne, tandis que d’autres restent sédentaires.
• Fauvette des jardins et gobemouche noir. Migrateurs nocturnes au long cours entre l’Europe et l’Afrique subsaharienne, utilisés dans les expériences sur les caps hérités et l’inversion à l’équateur.
• Barge rousse. Effectue des vols sans escale de plus de 11 000 km entre l’Alaska et la Nouvelle-Zélande, sans aucun repère au-dessus de l’océan. Les chercheurs soupçonnent une combinaison de repères célestes et magnétiques. Voir quel oiseau migre le plus loin.
• Puffins et pétrels. Grands voyageurs océaniques chez qui l’odorat semble jouer un rôle important pour retrouver les îles de nidification, en plus des repères magnétiques.

Chiffres et faits clés

• Le champ magnétique terrestre est faible, environ 25 à 65 microteslas en surface selon l’endroit. Un aimant de réfrigérateur est des centaines de fois plus puissant.
• La première preuve expérimentale d’une boussole magnétique chez l’oiseau vient de rouges-gorges en cage, en Allemagne, dans les années 1960.
• La boussole des passereaux lit l’inclinaison des lignes de champ et a besoin de lumière.
• Le cryptochrome 4 de la rétine est la molécule candidate principale, et le Cluster N la région cérébrale clé.
• Les cellules « magnétiques » riches en fer décrites dans le bec des pigeons se sont révélées être des cellules immunitaires.

Sources

• Magnetic sensitivity of cryptochrome 4 from a migratory songbird (Xu et al., Nature, 2021)
• Anthropogenic electromagnetic noise disrupts magnetic compass orientation in a migratory bird (Engels et al., Nature, 2014)
• LPO, Ligue pour la protection des oiseaux
• Muséum national d’Histoire naturelle
• Faune France, portail d’observations naturalistes
• Cornell Lab of Ornithology : All About Birds