Les oiseaux voient-ils le champ magnétique terrestre ?

Une boussole en panne

Pendant des années, les rouges-gorges du laboratoire d'ornithologie d'une université allemande n'ont pas su trouver leur chemin. C'étaient des migrateurs agités, prêts à partir, mais leurs directions partaient dans tous les sens. La cause s'est révélée être le faible bruit électrique de la ville alentour, environ mille fois inférieur à ce qui est jugé sans danger pour l'être humain. Quand les scientifiques ont tapissé les cabanes en bois d'aluminium relié à la terre, les rouges-gorges ont retrouvé leur chemin.

Cette faiblesse est l'un des meilleurs indices du fonctionnement de la boussole des oiseaux, et la réponse pourrait être une réaction quantique dans leur œil.

Voler à l'aveugle

Rien qu'en Amérique du Nord, des milliards d'oiseaux migrent vers le sud chaque automne. Beaucoup des petites espèces voyagent dans l'obscurité. Dans une étude de 2026 qui a suivi 56 espèces d'oiseaux terrestres sur quatre continents, en moyenne 82 % des vols migratoires avaient lieu entièrement de nuit. Certains oiseaux parcourent des distances étonnantes.

En 2022, un jeune limicole, une barge rousse, a volé de l'Alaska à la Tasmanie en 11 jours, environ 13 560 kilomètres sans s'arrêter. Beaucoup de migrateurs font leur premier voyage sans adulte à suivre. Ils peuvent se repérer au soleil couchant, aux étoiles et aux repères du paysage. Mais les étoiles disparaissent derrière les nuages, et la haute mer n'offre aucun repère.

Le champ magnétique terrestre, lui, est toujours là, jour et nuit, par tous les temps. La question est de savoir si un oiseau peut le percevoir, et si oui, comment.

Un entonnoir et un tampon encreur

Pour le vérifier, il faut un outil étonnamment simple. En 1966, Stephen Emlen et son père John ont décrit un entonnoir en papier buvard blanc, posé sur un tampon encreur. En période de migration, un migrateur en cage s'agite la nuit et ne cesse de sauter sur les parois de l'entonnoir. Chaque saut laisse une empreinte d'encre, et au matin, les empreintes indiquent la direction que l'oiseau voulait prendre.

Des chercheurs allemands testaient déjà des rouges-gorges familiers dans des pièces fermées, où les oiseaux ne voyaient pas le ciel. Les rouges-gorges choisissaient malgré tout la bonne direction pour la saison. Et quand le champ magnétique autour de la cage était tourné à l'aide de bobines électriques, les oiseaux tournaient avec lui. Le champ comptait donc, mais la boussole du rouge-gorge s'est révélée très différente de la nôtre.

Une boussole sans nord

L'aiguille d'une boussole de randonnée pointe vers le nord magnétique. En 1972, Wolfgang et Roswitha Wiltschko ont montré que la boussole du rouge-gorge ignore le nord et le sud magnétiques. Les lignes du champ terrestre ne sont pas horizontales. Près de l'équateur magnétique, elles sont presque parallèles au sol, et près des pôles magnétiques, elles plongent fortement dans le sol ou en ressortent.

Les rouges-gorges lisaient cette inclinaison. Quand les chercheurs inversaient seulement la composante verticale du champ, les oiseaux inversaient leur direction. Quand ils inversaient tout le champ, le nord devenant le sud mais l'inclinaison restant la même, les oiseaux gardaient la même direction. La boussole du rouge-gorge n'indique donc ni le nord ni le sud.

Elle indique la direction du pôle ou celle de l'équateur, et cela suffit pour choisir une direction de migration. Puis vint une deuxième surprise : la boussole ne fonctionnait qu'à la lumière.

Il lui faut de la lumière

Dans une étude de 1993, des zostérops à dos gris d'Australie s'orientaient bien sous une lumière bleue ou verte. Sous une lumière rouge, ils étaient désorientés. Des tests ultérieurs ont montré que la boussole fonctionnait jusqu'au vert, vers 565 nanomètres, et échouait à partir du jaune. Un sens qui dépend de la couleur de la lumière désignait l'œil comme l'endroit évident où chercher.

Une réaction qui perçoit le champ

Bien avant, en 1978, le physicien Klaus Schulten avait proposé un mécanisme possible pour un sens magnétique. Son idée : une réaction chimique déclenchée par la lumière. Quand la lumière frappe certaines molécules, un électron saute d'une partie à une autre, laissant à chaque partie un électron non apparié, ce que les chimistes appellent une paire de radicaux. Chaque électron possède une propriété appelée spin, qui se comporte comme un minuscule aimant.

Avant la fin de la réaction, la paire oscille sans cesse entre deux états de spin combinés. Le produit de la réaction dépend du temps qu'elle passe dans chaque état. Et un champ magnétique modifie ce temps, selon l'orientation de la molécule dans le champ. Le champ terrestre est faible, entre 22 et 67 microteslas environ, et un aimant de frigo est à peu près cent fois plus puissant.

Mais dans le modèle de Schulten, même un champ aussi faible pouvait faire pencher la balance. En 2000, Schulten, Thorsten Ritz et Salih Adem ont suggéré que cette molécule pourrait être le cryptochrome, une protéine sensible à la lumière présente dans l'œil. S'ils avaient raison, la réaction devrait avoir un étrange point faible : les ondes radio.

Le bruit du campus

Un cristal magnétique remarquerait à peine un faible signal radio. Une paire de radicaux, si, car les ondes radio peuvent bousculer les spins des électrons. En 2004, des rouges-gorges testés à Francfort ont été exposés à un faible champ de radiofréquence de l'ordre du mégahertz, bien trop faible pour chauffer quoi que ce soit. Ils ont perdu leur cap magnétique.

Dix ans plus tard est venu l'étrange résultat d'Oldenbourg, celui du début. L'équipe de Henrik Mouritsen testait des rouges-gorges dans des cabanes en bois sur le campus, et pendant des années, les oiseaux ne s'orientaient pas. Quand les cabanes ont été tapissées d'aluminium relié à la terre, le bruit entre 50 kilohertz et 5 mégahertz a baissé d'un facteur cent environ, et les rouges-gorges se sont de nouveau orientés. Quand la mise à la terre était retirée, ou que du bruit était réinjecté à l'intérieur du blindage, ils étaient de nouveau perdus.

Les tests se sont étalés sur sept ans, et les personnes qui évaluaient les oiseaux ne savaient pas si le blindage était relié à la terre. Les oiseaux testés loin de la ville n'avaient besoin d'aucun blindage. En 2023, le même groupe a testé un autre oiseau chanteur, la fauvette à tête noire, et trouvé où l'effet s'arrête : quelque part entre 80 et 145 mégahertz environ. C'est à peu près là qu'une paire de radicaux dans une protéine comme le cryptochrome devrait cesser de réagir.

Voir le champ

Si le capteur est dans l'œil, le signal devrait suivre la voie visuelle. En 2009, le groupe d'Oldenbourg s'est penché sur une petite zone du cerveau antérieur du rouge-gorge appelée Cluster N. Elle traite les informations visuelles et elle est active la nuit, quand les oiseaux migrent. Quand Cluster N était détruit des deux côtés, les rouges-gorges perdaient leur boussole magnétique.

Ils pouvaient encore se guider sur le soleil et les étoiles. Couper un nerf qui transmet les signaux du bec ne changeait rien pour la boussole. La boussole semble donc passer par la vision. Il est possible que les oiseaux voient le champ comme un léger motif superposé à leur vision, mais personne ne sait à quoi il ressemble vraiment pour eux.

Le principal suspect

Le principal suspect est une protéine appelée cryptochrome 4. Dans l'œil du rouge-gorge, elle se trouve dans les parties photosensibles des cônes. Et chez le rouge-gorge, son gène devient plus actif pendant les saisons de migration, ce qui n'arrive pas chez le poulet. En 2021, une équipe d'Oldenbourg et d'Oxford a produit le cryptochrome 4 du rouge-gorge dans des bactéries et l'a testé en laboratoire.

Sa chimie déclenchée par la lumière réagissait à un champ magnétique, plus fortement que la même protéine chez le poulet ou le pigeon. À l'intérieur, un électron saute le long d'une chaîne de quatre acides aminés pour former la paire. Une étude de 2024 portant sur 363 génomes d'oiseaux a trouvé des signes que la sélection naturelle a favorisé des changements du gène du cryptochrome 4 chez les oiseaux chanteurs. Mais l'équipe de l'expérience de 2021 restait prudente.

La protéine a été testée isolément, dans des champs plus forts que celui de la Terre. Comme l'a dit Mouritsen, il reste à montrer que cela se produit dans les yeux des oiseaux. Et la question est loin d'être tranchée. En 2023, une étude a rapporté des effets magnétiques dans des neurones de drosophile, tandis qu'une autre a testé plus de 100 000 mouches sans trouver d'effet magnétique sur leur comportement.

Le fer qui n'en était pas

Il y avait aussi une idée rivale : de minuscules cristaux de fer agissant comme des aiguilles de boussole. En 1971, William Keeton a collé de petits aimants sur le dos de pigeons voyageurs. Relâchés à une distance de 27 à 50 kilomètres sous un ciel ensoleillé, les oiseaux expérimentés s'orientaient toujours vers chez eux. Par ciel entièrement couvert, ils étaient désorientés, ce qui suggère que la boussole solaire compensait l'aimant.

Plus tard, des scientifiques ont trouvé des cellules riches en fer dans le bec des pigeons et ont cru avoir trouvé les aiguilles. En 2012, ces cellules se sont révélées être des macrophages, des cellules immunitaires qui recyclent le fer. Mais le nerf du bec pourrait tout de même transmettre une information magnétique, non pas pour la boussole, mais pour la carte.

Une boussole n'est pas une carte

Une boussole vous dit dans quelle direction vous regardez. Elle ne vous dit pas où vous êtes. Entre 1948 et 1957, le biologiste néerlandais Albert Perdeck a capturé des étourneaux migrateurs aux Pays-Bas et en a transporté plus de 14 000 en Suisse. Des bagues numérotées, retrouvées plus tard, ont montré où les oiseaux étaient allés.

Les adultes ont corrigé leur trajectoire et rejoint leurs quartiers d'hiver habituels, dans le nord-ouest de l'Europe. Les jeunes ont continué dans leur direction innée, ouest-sud-ouest, et ont fini en Espagne et dans le sud de la France. Les adultes avaient quelque chose que les jeunes n'avaient pas encore : une carte. Dans une étude publiée en 2013, des rousserolles effarvattes déplacées de 1 000 kilomètres vers l'est se tournaient vers leur zone de reproduction lors des tests en entonnoir.

Les oiseaux dont la branche nerveuse venant du bec avait été coupée gardaient leur ancienne direction, comme s'ils n'avaient jamais été déplacés. Puis en 2017, des chercheurs en Russie ont fait tourner le nord magnétique de 8,5 degrés par rapport à sa direction habituelle, en gardant la même intensité et la même inclinaison du champ. Un tel champ existe près de l'Écosse, pas en Russie. Des rousserolles effarvattes adultes ont modifié leur cap de 151 degrés, comme si elles avaient été transportées là-bas.

Toutes les études de déplacement ne concordent pas, et le sens qui sert de carte est encore moins compris que la boussole.

Toujours pas résolu

Voici donc où on en est. Les expériences sur le rouge-gorge et d'autres oiseaux chanteurs montrent une boussole magnétique qui lit l'inclinaison du champ, a besoin de lumière et passe par la vision. Un faible bruit radio peut la perturber, comme on l'attend d'une réaction à paire de radicaux. Une protéine de l'œil du rouge-gorge se comporte comme il faut en éprouvette.

Personne ne l'a encore vue fonctionner dans un oiseau vivant. Si c'est le cas, les oiseaux migrateurs lisent la planète grâce à une réaction qui dépend de la physique quantique. Et le faible bruit électrique de nos villes pourrait suffire à la brouiller.