VIE ANIMALE DANS L'AIR ET DANS L'EAU

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Chez les animaux, de nombreuses fonctions vitales, comme la respiration, la circulation ou le développement du squelette, sont dépendantes de certaines des propriétés du milieu.

Les différences physiques entre l'eau et l'air, dont les animaux sont tributaires, sont d'abord relatives aux propriétés respiratoires de ces deux milieux : à 18 0C, la disponibilité (ou plus exactement la capacitance) de l'oxygène est 29 fois plus grande dans l'air que dans l'eau, alors que celle du dioxyde de carbone est identique dans ces deux milieux. Elles touchent en second lieu aux propriétés mécaniques, essentiellement la viscosité et la densité, respectivement 60 fois et 800 fois plus grandes à 15 0C dans l'eau que dans l'air. Quant aux propriétés qui assurent la dissipation de la chaleur, elles apparaissent clairement à travers deux chiffres : la capacité calorique de l'eau est 3 400 fois plus grande que celle de l'air, et sa conductivité calorique l'est 24 fois plus. De telles différences ne peuvent pas ne pas modifier le fonctionnement des organismes vivants.

Les échanges gazeux

Le métabolisme énergétique d'un animal utilise l'oxygène comme comburant et des substances organiques (glucides, lipides, protides) comme carburant, fournissant ainsi un résidu de dioxyde de carbone et d'eau.

Le changement des quantités d'oxygène et de dioxyde de carbone dans le milieu respiré par les animaux s'accompagne d'un changement de leur concentration et, par conséquent, de leurs pressions partielles (encore appelées tensions), car il existe pour chaque corps gazeux – oxygène, dioxyde de carbone, azote, etc. – une relation entre sa concentration, dans l'eau ou dans l'air, et sa pression partielle.

Respiration chez un animal aquatique et chez l'homme

Dessin : Respiration chez un animal aquatique et chez l'homme

Variation comparée des tensions d'oxygène et de dioxyde de carbone au cours de la respiration, chez un animal à vie aquatique et chez l'homme, lors de la ventilation pulmonaire (en millimètres de mercure). 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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À l'équilibre, les pressions partielles de l'oxygène dans chacun de ces milieux sont identiques ; mais les concentrations d'oxygène sont tout à fait différentes, l'air contenant beaucoup plus de molécules d'oxygène que l'eau. En quelque sorte, on peut dire que l'oxygène est beaucoup plus « soluble » dans l'air que dans l'eau. Certes, il n'est pas habituel de parler de solubilité de l'oxygène dans l'air ; c'est une des raisons pour lesquelles, en biologie, on fait de plus en plus souvent usage du terme capacitance pour caractériser la relation, quel que soit le milieu, qui existe entre la variation de la concentration de l'oxygène (ou du dioxyde de carbone, de l'azote, etc.) et la variation de sa pression partielle ; la capacitance se définit comme le rapport de ces deux quantités : elle mesure la capacité d'un milieu à contenir un gaz, en fonction de la pression partielle de ce gaz.

Cas de l'oxygène

Quelle est l'influence de cette différence de capacitance de l'oxygène, dans l'eau et dans l'air, sur les animaux aquatiques et aériens ? Selon qu'une quantité d'oxygène donnée est prélevée dans l'eau ou bien dans l'air, les variations de pressions partielles dans ces deux milieux sont très différentes. Ainsi, quand un animal aquatique, quel que soit le groupe zoologique auquel il appartient, abaisse d'une cinquantaine de millimètres de mercure (mm Hg) la pression d'oxygène dans l'eau qu'il exhale, il prélève un dixième de millimole d'oxygène dans chaque litre d'eau respiré ; l'animal aquatique doit ainsi inhaler dix litres d'eau pour en soustraire une millimole d'oxygène.

En revanche, l'animal à respiration aérienne se trouve dans un milieu, l'air, qui, à pression partielle égale, est beaucoup plus riche en oxygène que l'eau. Comme cet animal est capable d'abaisser la pression d'oxygène de 150 mm Hg (air inspiré) à 120 mm Hg (gaz expiré), il prélève, par litre d'air, 1,67 millimole d'oxygène. Autrement dit, sa « ventilation spécifique » vaut 0,6 litre par millimole d'oxygène, valeur beaucoup plus faible que celle qui a été constatée chez l'animal aquatique.

Cette différence de ventilation spécifique est absolument générale, et même si les valeurs peuvent varier d'une espèce à l'autre et selon les circonstances, on observe toujours que, pour extraire une quantité donnée d'oxygène, les animaux à respiration aérienne qui vivent dans un milieu riche en oxygène ont une activité [...]

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Respiration chez un animal aquatique et chez l'homme

Respiration chez un animal aquatique et chez l'homme
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Pressions partielles du dioxyde de carbone et de l'oxygène

Pressions partielles du dioxyde de carbone et de l'oxygène
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Volumes d'air respirés par la truite et par la tortue

Volumes d'air respirés par la truite et par la tortue
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Système de soutien de différents animaux selon le poids

Système de soutien de différents animaux selon le poids
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Écrit par :

  • : directeur de recherche au C.N.R.S., directeur du laboratoire de physiologie respiratoire, Strasbourg

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Pour citer l’article

Pierre DEJOURS, « VIE ANIMALE DANS L'AIR ET DANS L'EAU », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 29 septembre 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/animal-vie-dans-l-eau-et-dans-l-air/