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Dans les secrets du "parler oiseau"

Armés de haut-parleurs, d'ordinateurs, de microphones... et d'une bonne dose de ruse, Thierry Aubin et ses collègues traquent les mystères du langage des oiseaux.

Bird Songs, The Machine Behind the Music Bird Songs, The Machine Behind the Music
© Michale Fee

En Chine, où le réchauffement climatique se fait déjà sentir, de petits oiseaux chanteurs, les pouillots, ont commencé voici quelques années à migrer vers le Nord pour fuir la chaleur. Peu adaptés à l'altitude, ils ont entrepris de contourner par l'Est et par l'Ouest l'Himalaya qui leur barrait la route. La population de pouillots s'est donc scindée en deux, pour se retrouver quatre générations (soit quatre ans) plus tard de l'autre côté des montagnes, en Sibérie. Drôles de retrouvailles : les oiseaux des deux groupes ne se reconnaissaient plus, comme s'ils n'appartenaient pas à la même espèce.

Pour les scientifiques, l'explication est à chercher dans le chant des pouillots : l'accumulation au fil du temps de petites variantes dans ce chant lorsqu’il est appris par les adultes aux petits a provoqué une différence suffisante pour que les oiseaux d’un groupe ne reconnaissent plus le chant de l'autre.

Cet exemple montre la précision des communications acoustiques chez les oiseaux et son importance vitale : sans reconnaissance, pas de reproduction possible et par conséquent mise en danger de l’espèce. Quelles sont les bases physiques de ces communications (partie 1) ? Qu'est-ce qu'un oiseau chante à son partenaire, à ses petits, à ses congénères (partie 2) ? Comment se fait-il comprendre dans un milieu environnant bruyant comme une colonie de manchots ou absorbant comme la forêt tropicale (partie 3) ? Autant de questions que se posent Thierry Aubin et l'équipe "communications acoustiques animales" qu'il dirige au sein du Laboratoire de neurologie de l'apprentissage et de la mémoire du CNRS-Paris 11 à Orsay. Une équipe où se côtoient physiciens acousticiens et éthologistes, généticiens, informaticiens et spécialistes de l'écologie.

01.Hackers de codes acoustiques

Rouge-gorge familierRouge-gorge familier (Erithacus rubecula)
© Xavier Libert
Si la vue, le toucher, les odeurs ou les sons permettent aux animaux de communiquer, chaque espèce privilégie souvent l'un de ces moyens. Un son ne laisse pas de trace à l'inverse d'une odeur ; il se propage dans toutes les directions ; il passe mieux les obstacles qu'un signal visuel tout en étant presque aussi rapide ; enfin, il permet de localiser celui qui l'émet, même de loin ou dans l'obscurité.

"Les communications acoustiques sont donc privilégiées chez les animaux qui se déplacent rapidement dans les trois dimensions : les animaux marins et surtout les oiseaux, dont on dit souvent qu'ils sont les souris blanches de l'acoustique, tant ce mode de communication est chez eux sophistiqué," explique Thierry Aubin.

Les oiseaux possèdent aussi le "disque dur" adéquat : un cerveau où les régions qui traitent et mémorisent l'information acoustique sont exceptionnellement développées. Car cette information peut être complexe. Un son se définit par sa durée (plus ou moins longue), son amplitude (plus ou moins forte), et sa fréquence (plus ou moins aigue). Pur, il comporte une seule fréquence ; complexe, plusieurs fréquences superposées. Mais ces caractéristiques ne suffisent pas à différencier un signal acoustique d'un bruit. "Un bruit est un phénomène aléatoire, alors qu'un signal a une valeur fonctionnelle et va déclencher un comportement chez le receveur."

Les oiseaux émettent deux sortes de signaux : les cris et les chants. Certains oiseaux, comme le canard ou la tourterelle, n'ont que des cris. D'autres ont aussi des chants, comme le rouge-gorge, l'alouette, etc. Les cris sont émis tout au long de l'année par les mâles ou les femelles, et ont des fonctions multiples : avertir d'un danger, se regrouper en vol,... Mais le plus souvent les mâles sont les seuls à émettre un chant, et uniquement durant la période de nidification. Ce chant a une fonction unique : attirer les femelles et repousser les autres mâles. Mais il donne aussi d'autres informations : l'espèce de l'oiseau, son identité individuelle et sa région de naissance, son âge, et même son état émotionnel.   


Le chercheur Thierry AubinLe chercheur Thierry Aubin enregistrant des chants d'oiseaux.
© Thierry Aubin


C’est justement à la complexité de ce chant que s’intéressent Thierry Aubin et son équipe. Le travail nécessaire pour analyser et décortiquer un chant puis le synthétiser à l'identique à partir de tous ses paramètres physiques se fait au laboratoire, à l'aide d'outils informatiques mis au point par l'équipe. Mais "nous faisons surtout de l'éthologie de terrain, au contact des oiseaux dans leur milieu naturel," rappelle Thierry Aubin. La méthode est celle des leurres acoustiques, développée à l'origine par le Hollandais Nicolas Tinbergen qui a reçu en 1973 le prix Nobel de médecine pour ses travaux d'éthologie.

Le principe ? Poser des questions à l'oiseau. "Par exemple, demander à une alouette ce qu'est, pour elle, un chant d'alouette. Si nous lui diffusons le chant d'une autre alouette, elle va attaquer le haut-parleur, pensant qu'il s'agit d'un autre mâle. Nous modifions alors un paramètre acoustique précis de ce chant - une fréquence, une intensité, un rythme... - et le diffusons à nouveau. Si la réaction de l'alouette reste la même, c'est que le message n'est pas fondamentalement modifié. Sinon, c'est que nous avons changé un paramètre acoustique important du code. L’animal ne le reconnaît plus et ne réagit plus. De proche en proche, comme dans une enquête policière, nous arrivons ainsi à décrypter ce code." Chez l'alouette, c'est une petite formule rythmique qui constitue la signature acoustique de l'espèce.

02.Du signal de l’espèce à la signature individuelle

Alouette des champsAlouette des champs (Alauda arvensis)
© Jean-Louis Corsin


L'alouette des champs et le troglodyte sont de petits oiseaux territoriaux. La première vit dans les champs. Son chant est le plus complexe de tous avec un alphabet de 700 notes. Par comparaison, sa proche cousine l'alouette "lulu" n'en a que deux ! Le troglodyte, au chant plus simple, vit en forêt. Avantage : tous deux sont communs aux abords immédiats du laboratoire d'Orsay.

 

Ces deux oiseaux vivent en petites communautés d'une dizaine d'individus, chaque mâle occupant avec sa femelle, pendant la saison de reproduction, un petit territoire qu'il défend contre les intrus, sauf lorsque ceux-ci font partie du même groupe territorial. "Si on diffuse le chant d'un voisin de sa communauté, il ne réagit pas. Alors que son agressivité est immédiate si c'est le chant d'un oiseau de la même espèce mais provenant d'un groupe plus lointain. C'est donc qu'il existe aussi une signature de groupe, reconnue par les oiseaux de la même communauté," indique Thierry Aubin. L'équipe a pu identifier récemment ce code territorial chez l'alouette. "C'est une série organisée de notes, répétée à plusieurs endroits du chant." Chaque groupe a donc en quelques sortes son patois... "D'ailleurs, si on intègre cette signature de groupe dans le chant d'un oiseau étranger, notre alouette le reconnaît et abandonne son agressivité," ajoute le chercheur.

 
Troglodyte mignonTroglodyte mignon (Troglodytes troglodytes)
© Xavier Libert

  Moins complexe, le chant du troglodyte possède lui aussi une signature de groupe. "Nous étudions depuis deux ans la dynamique de communication au sein d'un groupe de troglodytes à l'aide de réseaux de plusieurs microphones placés sur les territoires adjacents au sein de ce groupe. Le petit décalage d'enregistrement de chaque chant sur les différents microphones nous permet de localiser chaque oiseau et de savoir si cette communication s'adresse à tout le groupe ou seulement à tel ou tel oiseau. Nous avons pu montrer que chaque oiseau communique préférentiellement avec un voisin plutôt qu'un autre, donc que chaque voisin est identifiable acoustiquement." Il y aurait donc, en plus du signal propre à l’espèce et de la signature du groupe, une signature individuelle.

L'équipe mène le même travail au Brésil sur le pihauhau, l'oiseau le plus bruyant du monde : son chant dépasse les 120 dB, plus fort qu'une sirène de pompier ! "Ces oiseaux chantent en assemblées, ce qu’on appelle des leks, pour attirer les femelles peu nombreuses. Il existe souvent un mâle chanteur dominant et des satellites, subordonnés. Nous essayons de comprendre leur organisation sociale à travers leurs interactions sonores."

03.Communiquer en milieu hostile

Manchots royauxManchots royaux.
© Martha de Jong-Lantink

Comment les manchots font-ils pour reconnaître leur partenaire ou leur petit dans une colonie de plusieurs milliers de manchots qui se ressemblent tous et crient tous en même temps ? Nicheurs comme les manchots papous et Adélie, ou sans nid comme les manchots empereurs et royaux, tous ont développé des stratégies de reconnaissance vocale infaillibles.

Première stratégie, une signature individuelle hors norme : "Les manchots ne se reconnaissent pas visuellement mais naissent tous avec une signature acoustique individuelle qu'ils conservent toute la vie, explique Thierry Aubin. Chez les manchots empereurs et royaux, c'est une petite virgule acoustique, un passage lent du grave à l'aigu répété 4 ou 5 fois, spécifique de l'oiseau, mais dont la forme est commune à toute l'espèce." Chez les manchots sans nid, la signature individuelle se double d’une autre particularité : leur appareil vocal situé très bas, juste au-dessus des bronches, leur permet d'émettre avec deux voix dont l'écart contresigne l'identité de l'oiseau.

Deuxième stratégie, la manière dont ils émettent le chant : la modulation lente, la redondance du cri, la position dressée au-dessus du groupe sont des adaptations au bruit ambiant. Le manchot royal émet les sons de côté pour balayer plus d'espace. L'empereur utilise son poitrail qui fait caisse de résonance. Le papou dodeline de la tête pour que son angle d’émission soit le plus large possible. L’animal récepteur est lui aussi impliqué : pour faciliter la localisation des sons, tous ont des oreilles gauche et droite très asymétriques par rapport au crâne.

Avec ces attributs, un manchot peut identifier un cri même couvert par le bruit ambiant. "Nous avons appelé cela “l'effet cocktail-party”, par analogie avec l'homme qu'on croyait seul capable de cette performance. Nous avons montré qu'un manchot empereur peut reconnaître le cri de son petit même noyé dans un bruit ambiant supérieur de 6 dB, c'est-à-dire deux fois plus fort que le cri du petit. Dans une colonie de plus d'un million d'oiseaux, les retrouvailles demandent en moyenne 85 minutes et une centaine de cris, mais en dix ans de terrain, nous n'avons jamais vu une seule erreur ! "


Forêt amazonienneForêt amazonienne.
© iStock
Changement d'ambiance : nous voici dans la forêt tropicale, dense et sombre. Tous les bruits sont amortis. Les larges feuilles et l'air saturé d'eau en suspension font obstacle aux ondes sonores qui se propagent alors très mal : 100 m au mieux pour les sons graves, à peine 20 m pour les plus aigus. Pourtant, ces forêts abritent des myriades d'oiseaux. Comment un mâle fait-il pour appeler sa femelle au loin, alors qu'elle n'y voit rien ? "À espèces génétiquement proches, les oiseaux de la forêt auront un chant beaucoup plus grave que ceux vivant en milieu ouvert," explique Thierry Aubin. Mais cela ne suffit pas.

"Nous avons beaucoup étudié un petit oiseau commun de la forêt brésilienne, la paruline. Son chant comprend une suite de courtes notes descendantes. Dans le contexte tropical, les aigus se perdent rapidement, et pourtant, le message passe !" Pour comprendre comment, les chercheurs ont réalisé plusieurs expériences, en modifiant le chant de l'oiseau. "Nous avons d'abord mélangé les notes, cela n’a provoqué aucune réaction chez la paruline, comme s'il s'agissait du chant d'une autre espèce. Nous avons alors changé la pente formée par les notes du chant qui vont de l'aigu au grave : toujours rien. Puis nous avons essayé un signal continu, en gardant la même pente que le chant d'origine : l'oiseau le reconnaît et s'approche." Conclusion : on peut ôter certaines notes pourvu que la pente soit conservée. Dans le signal, c'est donc cette pente et non la suite de notes qui caractérise l'espèce des parulines.

Paruline à paupières blanches (Basileuterus leucoblepharus)Paruline à paupières blanches (Basileuterus leucoblepharus)
© Paulo Ricardo Fenalti
Les chercheurs se sont aperçus que, chez ces oiseaux des forêts denses, les signaux de contact rapprochés - qui n'ont pas besoin d'aller loin - sont plutôt émis en début de chant dans l'aigu, les signaux d'identification d'espèce sont émis plus tard et dans les graves. C’est dans cette "seconde partie" du chant qu'une paruline, même éloignée arrive à reconnaître un de ses congénères. Et même à le localiser, car le chant qu’elle entend est plus ou moins déformé selon la distance : plus l'oiseau est éloigné, plus les notes aigues manquent car elles sont absorbées par le couvert végétal.

Loin de forêts tropicales, ces recherches fondamentales ont parfois des applications très pragmatiques. Par exemple, Thierry Aubin est le co-inventeur d’un système destiné à faire fuir les oiseaux des aéroports en diffusant des cris d'alarme d'espèces communes ou de rapaces. En projet : Birdy, un système "multilingue" encore plus performant, devrait prochainement équiper directement les avions.

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