Voir avec les oreilles. Cette idée a longtemps relevé de la science-fiction avant d’être démontrée chez les chauves-souris en 1938 par Donald Griffin, puis chez les dauphins en 1947 par Arthur McBride au Marine Studios de Floride. Depuis, soixante-quinze ans de recherche ont révélé chez les odontocètes l’un des systèmes biologiques de repérage les plus sophistiqués que l’évolution ait jamais produits. Un grand dauphin peut détecter une bille d’acier de la taille d’un grain de raisin à plus de cent mètres, déterminer si une pièce de monnaie est en cuivre ou en aluminium les yeux fermés, et reconstruire en trois dimensions une scène acoustique aussi vite qu’un humain reconstruit visuellement la sienne.
Pour comprendre comment cela est possible, il faut entrer dans l’anatomie spécialisée d’une famille qui a, depuis cinquante millions d’années, profondément remodelé sa boîte crânienne, ses voies nasales et ses graisses pour exploiter le canal acoustique sous-marin.
Réponse courte: l’odontocète émet par ses voies nasales — non par sa bouche — des trains de clics ultra-brefs produits par des structures musculo-graisseuses appelées lèvres phoniques. Le son est mis en forme et focalisé vers l’avant par le melon, masse graisseuse qui joue le rôle d’une lentille acoustique. L’écho réfléchi par les obstacles entre par la mâchoire inférieure, est conduit jusqu’à l’oreille interne, puis interprété par un cerveau spécialement câblé pour l’analyser. La répétition rapide des clics permet de construire en temps réel une représentation acoustique de l’environnement, à laquelle l’animal réagit avec la même fluidité qu’un humain à la vision.
Lazzaro Spallanzani, à la fin du XVIIIe siècle, avait déjà compris que les chauves-souris naviguaient dans le noir par un sens autre que la vue. Mais c’est seulement en 1938 que Donald Griffin et Robert Galambos, à Harvard, démontrent expérimentalement que les chauves-souris émettent des ultrasons et perçoivent leurs échos. Griffin invente alors le mot écholocation.
Côté cétacés, le même phénomène fut soupçonné dès les années 1940. Arthur McBride, chercheur au Marine Studios de Floride, observa en 1947 que ses grands dauphins évitaient les filets dans une obscurité totale. Il consigna l’observation dans un cahier de laboratoire — qui ne sera publié qu’à titre posthume en 1956 par William Schevill et Barbara Lawrence. Entre 1960 et 1990, Whitlow Au, en partenariat avec la marine américaine, mena à Hawaï une série d’expériences toujours considérées comme la référence : capacité de discrimination, portée, résolution, mémorisation de cibles. Ces résultats restent étonnamment vivaces aujourd’hui.
Contrairement à une intuition naturelle, les dauphins ne « parlent » pas par la bouche. Le son est généré dans le complexe nasal, juste sous l’évent. On y trouve deux paires de structures musculaires souples, les lèvres phoniques ou monkey lips, ainsi nommées parce qu’elles évoquent vaguement la lippe simiesque. Lorsque l’animal envoie un courant d’air sous pression vers ces lèvres, elles claquent l’une contre l’autre extrêmement rapidement, produisant un clic d’à peine quelques microsecondes. La compression-décompression engendre une impulsion acoustique brève mais intense, riche en fréquences harmoniques.
Ce clic primaire est alors injecté dans le melon, l’organe graisseux qui forme le front bombé caractéristique des odontocètes. Le melon n’est pas une simple masse de graisse : sa composition lipidique varie progressivement, créant un gradient de vitesse du son. Au cœur du melon, le son voyage plus lentement qu’à la périphérie. Cette gradation agit comme une lentille acoustique convergente qui collimate le faisceau et le focalise vers l’avant, en un cône étroit. Sans le melon, le dauphin émettrait dans toutes les directions à la fois et perdrait tout pouvoir de localisation.
Selon l’espèce, le profil acoustique du clic varie considérablement. Le grand cachalot, plongeur profond chassant des calmars dans l’obscurité totale, émet des clics autour de 5 à 25 kHz, particulièrement intenses : ses clics atteignent 230 dB re 1 µPa, l’équivalent acoustique sous l’eau d’un décollage de fusée. Cette puissance lui permet de sonder l’océan sur plusieurs kilomètres et de détecter un calmar à 500 mètres de distance.
Le grand dauphin émet typiquement entre 40 et 150 kHz, dans une bande large adaptée à la détection fine de poissons à courte portée. Le marsouin commun, lui, est un cas particulier : il produit des clics ultra-étroits en fréquence (NBHF, narrow-band high-frequency) centrés sur 130 kHz. Cette fréquence très élevée est inaudible aux orques — leur principal prédateur — et représente probablement une stratégie évolutive d’évasion acoustique. Le ziphius de Cuvier, quant à lui, déploie un répertoire encore différent, adapté à la chasse aux céphalopodes à plus de deux kilomètres de profondeur.
L’écho réfléchi par une cible revient vers le dauphin. Mais contrairement à un mammifère terrestre, l’animal ne le capte pas par un pavillon auditif (les conduits auditifs externes des cétacés sont rudimentaires, voire fermés). C’est la mâchoire inférieure qui joue le rôle d’antenne réceptrice. Elle contient une cavité graisseuse, appelée acoustic fat body, qui conduit le son sans atténuation jusqu’à l’oreille interne, isolée du reste du crâne par des sinus aériens. Cette isolation permet à l’animal de distinguer précisément les sons venant de la gauche ou de la droite — capacité essentielle pour la localisation tridimensionnelle.
Une fois dans l’oreille interne, le signal est transmis au cerveau via un nerf cochléaire cinq fois plus volumineux que celui des mammifères terrestres équivalents. Le cortex auditif, lui-même très étendu, traite simultanément des dizaines de paramètres : intensité, fréquence, délai, décalage Doppler (qui indique la vitesse relative de la cible), forme spectrale. C’est ce traitement massivement parallèle qui rend l’écholocation à la fois rapide et précise.
Whitlow Au et ses collègues ont systématiquement testé les limites de cette perception. Voici quelques résultats devenus classiques :
L’écholocation n’est pas un signal continu. L’animal émet des clics isolés à un rythme d’un ou deux par seconde lorsqu’il cherche, puis accélère progressivement à mesure qu’il s’approche d’une cible. Dans les dernières centaines de millisecondes avant la capture d’un poisson, le rythme passe à plus de 500 clics par seconde. Cette salve, appelée buzz, ressemble dans les enregistrements à un grésillement continu. C’est l’équivalent d’un zoom acoustique : plus la cible est proche, plus l’image doit être actualisée vite. Les chasseurs entendent les buzz de leur sonar comme un trader entend les variations de cours — au son.
Une question revient souvent : les baleines à fanons font-elles aussi de l’écholocation ? La réponse actuelle est non. Elles n’ont ni melon graisseux, ni lèvres phoniques, ni l’architecture nerveuse correspondante. Leurs vocalisations sont très basses (10-200 Hz) et adaptées à la communication à très longue distance, pas au sondage à courte portée. Quelques observations ont suggéré que les baleines à bosse pourraient produire des « clics » à 30-300 Hz utiles à la détection de bancs de poissons, mais l’hypothèse reste minoritaire. Les mysticètes sondent leur environnement essentiellement par la vue et par les indices acoustiques ambiants, non par un sonar actif.
L’écholocation des cétacés s’est développée indépendamment de celle des chauves-souris — un cas spectaculaire de convergence évolutive. Les solutions anatomiques diffèrent : les chauves-souris vocalisent par le larynx et reçoivent par les oreilles externes ; les cétacés vocalisent par les voies nasales et reçoivent par la mâchoire. Pourtant, les structures cérébrales finales — cortex auditif élargi, neurones spécialisés — convergent de manière étonnante (Madsen & Surlykke, 2013).
Cette spécialisation acoustique extrême rend les cétacés à dents particulièrement vulnérables au bruit anthropique: sonars militaires, prospection sismique, trafic maritime. Voir notre dossier sur l’impact du bruit océanique et celui sur les sonars militaires. Comprendre l’écholocation, c’est aussi comprendre pourquoi un océan trop bruyant condamne ces animaux à voler à l’aveugle.
