Comment un rorqual commun parvient-il à évacuer soixante mètres cubes d’eau à travers ses fanons en une trentaine de secondes, alors que le krill qu’il vient de capturer tapisse ce filtre et devrait en freiner considérablement le passage ? Une équipe de l’université Stanford a mesuré cette résistance en laboratoire. Le résultat, publié le 9 juillet 2026 dans le Journal of Experimental Biology, met en évidence un écart d’un facteur trente entre ce que l’on observe en mer et ce que permet la physique des écoulements.
Le mécanisme étudié : la fente d’engouffrement
Les rorquals, dont le rorqual commun et la baleine bleue, se nourrissent par fente d’engouffrement, désignée en anglais par le terme lunge feeding. L’animal accélère vers un essaim de proies, ouvre grand la gueule et laisse l’eau distendre la poche extensible qui court sous sa mâchoire et son ventre. Il referme ensuite, puis expulse l’eau à travers les fanons, lames de kératine frangées qui retiennent les proies.
Cette filtration constitue l’étape limitante. Chez un rorqual commun de vingt mètres, une gorgée représente environ 60 mètres cubes d’eau, soit un peu moins qu’un conteneur maritime de quarante pieds, et contient de 40 à 144 kilogrammes de krill, 90 en valeur médiane. La surface utile de fanons par laquelle cette eau doit sortir est d’environ 2,9 mètres carrés.
Le rapport entre ces deux grandeurs pose le problème. Réparti sur 2,9 mètres carrés, le krill capturé forme une couche d’une épaisseur moyenne de 4 centimètres, comprise selon les cas entre 2,5 et 6,3 centimètres. Or un lit de particules opposé à un écoulement se comporte comme un milieu poreux : il oppose une résistance hydraulique qui croît avec son épaisseur.
Protocole : une estimation théorique et une mesure expérimentale
L’étude combine deux approches complémentaires.
Premier volet, la pression disponible. Les auteurs ont estimé la pression que la baleine peut appliquer sur le contenu de sa poche, en tenant compte de la contraction musculaire et du rappel élastique du lard. Ils obtiennent 4,1 kilopascals pour une contraction moyenne et 17,7 kilopascals à l’effort maximal. Pour fixer les idées, un kilopascal correspond à la pression exercée par une colonne d’eau d’environ dix centimètres : la baleine dispose donc de l’équivalent de 40 centimètres d’eau en régime ordinaire, et de 1,8 mètre en pointe.
Second volet, la résistance du krill. Elle a été mesurée directement. Du krill congelé du commerce a été disposé en lit d’épaisseur contrôlée dans un tube de 1,6 mètre, en trois modalités de 1,9, 3,7 et 5,6 centimètres. De l’eau a été poussée au travers sous des pressions de 8,9 à 12,4 kilopascals, et la vitesse d’écoulement mesurée. Les valeurs obtenues ont ensuite été rapportées aux dimensions d’un rorqual commun adulte.
Résultats
Les observations par balises embarquées établissent qu’une gorgée est évacuée en une trentaine de secondes, ce qui suppose une vitesse de traversée des fanons de 0,67 mètre par seconde. Les vitesses mesurées à travers le krill, sous pression musculaire moyenne, sont d’un tout autre ordre de grandeur.
| Épaisseur du lit de krill | Vitesse mesurée | Rapport à la vitesse requise |
|---|---|---|
| Aucune (fanons dégagés) | 0,67 m/s | référence |
| 1,9 cm | 0,039 m/s | 17 fois plus lent |
| 3,7 cm | 0,022 m/s | 30 fois plus lent |
| 5,6 cm | 0,020 m/s | 34 fois plus lent |
Converties en durée de vidange pour une gorgée complète, ces vitesses donnent des valeurs incompatibles avec le comportement observé :
- durée observée en mer : 31 secondes ;
- durée calculée à pression moyenne, lit de 3,7 cm : 940 secondes, soit 15,7 minutes, environ le double d’une plongée d’alimentation complète ;
- durée calculée à pression maximale, même lit : 132 secondes, encore 4,3 fois la valeur observée.
Pour respecter les 31 secondes mesurées, il faudrait exercer de 25,2 à 30,3 kilopascals selon l’épaisseur du lit, soit une pression supérieure au maximum anatomique estimé. Le déficit n’est donc pas comblé par un effort accru : il est structurel.
Quatre hypothèses explicatives
Les auteurs proposent quatre mécanismes susceptibles de résoudre l’écart, sans se prononcer sur leur contribution respective.
1. Une résistance en parallèle. Si environ 15 % de la surface des fanons demeure libre de krill, l’écoulement s’y concentre et la résistance globale chute fortement. Le principe est celui de deux conduites en parallèle : le débit emprunte préférentiellement la moins résistante. C’est l’hypothèse la plus simple, mais elle suppose un mécanisme qui maintienne cette zone dégagée.
2. Une filtration à flux croisé. Si l’eau circule parallèlement aux fanons plutôt que perpendiculairement, elle entraîne les particules au lieu de les plaquer. Ce principe, utilisé en filtration industrielle sous le nom de filtration tangentielle, éviterait la formation du lit. Reste à identifier ce qui, dans la poche, produirait un tel écoulement.
3. L’action de la langue. Cet organe très volumineux s’invagine dans la poche pendant l’engouffrement. Il pourrait maintenir les proies en suspension, ou détacher le lit formé. Aucune observation directe ne documente pour l’instant ce rôle.
4. La nage du krill. Les proies sont mobiles et pourraient résister au plaquage. Leur vitesse de fuite, comprise entre 0,28 et 1 mètre par seconde, reste toutefois généralement inférieure aux 0,67 mètre par seconde de l’écoulement, ce qui limite la portée de cette hypothèse sans l’écarter.
Limites du protocole
Trois écarts séparent le dispositif expérimental de la situation réelle, et ils appellent à la prudence.
Le krill employé était congelé, donc mort et immobile, ce qui exclut par construction la quatrième hypothèse. Le lit était d’épaisseur uniforme, alors que la répartition réelle des proies sur les fanons est inconnue et probablement hétérogène. Enfin, le tube est rigide et rectiligne, quand la poche d’un rorqual est un volume déformable où l’écoulement est vraisemblablement tridimensionnel.
Ces réserves ne remettent pas en cause la mesure elle-même, qui établit une borne physique. Elles indiquent en revanche que la résolution de l’écart se trouve probablement dans les aspects que le montage ne reproduit pas.
Portée du résultat
La fente d’engouffrement est l’une des actions les plus coûteuses en énergie du répertoire des grands rorquals : l’ouverture de la gueule à pleine vitesse crée une traînée hydrodynamique considérable, comparable au déploiement d’un frein. Le bilan énergétique de l’animal dépend donc du rapport entre l’énergie contenue dans les proies capturées et celle dépensée pour les capturer, ainsi que du nombre de gorgées réalisables au cours d’une même apnée. Notre page sur l’énergie et le métabolisme des cétacés détaille ce bilan.
Une durée de filtration multipliée par trente réduirait mécaniquement le nombre de gorgées par plongée, et par conséquent le gain net de la journée. Identifier le mécanisme qui évite le colmatage revient donc à identifier l’une des conditions de viabilité du gigantisme chez les mysticètes. Nos pages sur les régimes alimentaires et l’anatomie interactive replacent l’appareil filtrant dans son contexte.
Référence : Ackermann I. A., Cade D. E., Goldbogen J. A. et Denny M. W., « Constraints on lunge feeding: krill can clog the baleen of filter-feeding whales », Journal of Experimental Biology, 229(13), 9 juillet 2026. Communiqué : The Company of Biologists.
