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Unité et diversité des échanges gazeux et des
appareils respiratoires des animaux
Le métabolisme des cellules animales correspond à une respiration : les nutriments issus de l'alimentation subissent des oxydations libérant de l'énergie, utilisée dans le cadre du fonctionnement cellulaire.
Ces réactions nécessitent du dioxygène et produisent du dioxyde de carbone.
Le dioxygène est prélevé dans le milieu de vie et le dioxyde de carbone produit y est rejeté. Les appareils
respiratoires sont les dispositifs anatomiques spécialisés dans la réalisation de ces échanges gazeux.
Les branchies, évaginations du tégument ou de la paroi pharyngienne, sont les appareils respiratoires
les plus fréquemment rencontrés en milieu aquatique (fiches 40, 41 ). Inversement, en milieu terrestre,
les trachées et poumons, invaginations du tégument ou de la paroi pharyngienne, constituent la majorité des appareils respiratoires (fiches 42, 43 , 44). Quelques rares cas font exception, comme celui des
Échinodermes holothurides qui, bien qu'aquatiques, effectuent des échanges gazeux respiratoires grâce
à un arbre respiratoire pulmonaire, prélevant le dioxygène dissous dans l'eau et rejetant de même le
dioxyde de carbone.
Les contraintes physico-chimiques imposées par le milieu de vie expliquent cette diversité des appareils
respiratoires. Le milieu aquatique est relativement pauvre en dioxygène dissous notamment en raison du
faible coefficient de solubilité de ce gaz dans l'eau. Par ailleurs ce milieu est relativement dense et vis -
queux. À l'inverse, le milieu aérien est riche en dioxygène, peu dense et peu visqueux. Il est cependant
desséchant car pauvre en eau.
La satisfaction des besoins en dioxygène des animaux aquatiques implique le traitement d'un important volume d'eau . Sa mise en mouvement consomme une grande quantité d'énergie ce qui explique
que dans la plupart des cas, la ventilation des appareils respiratoires est unidirectionnelle en milieu
aquatique (elle est bidirectionnelle chez les Échinodermes holothurides). Par comparaison, les animaux
terrestres peuvent obtenir une quantité plus importante de dioxygène en traitant un volume d'air réduit.
Sa mise en mouvement est peu coûteuse en énergie et autorise une ventilation bidirectionnelle, qui est
très fréquente en milieu aérien (sauf dans le cas des Oiseaux notamment). L'évaporation d'eau au niveau
des surfaces respiratoires est évitée par l'internalisation des surfaces d'échange.
Dans tous les cas, les échanges gazeu x sont réalisés par diffusion simple, selon les gradients de pres -
sions partielles des gaz concernés, au niveau de structures anatomiques dont la surface est importante
et l'épaisseur réduite. Ces caractéristiques permettent une importante efficacité de la diffusion. De part
et d'autre de la surface d'échange, la convection du milieu extérieur, ou ventilation, et la convection du
milieu intérieur, ou circulation, favorisent également la diffusion des gaz respiratoires. Elles contribuent
à maintenir les gradients des pressions partielles à une valeur élevée.
Les échanges gazeux respiratoires obéissent à la loi de Fick selon laquelle le flux est proportionnel à la
surface de diffusion, au coefficient de diffusion ainsi qu'au gradient de pression partielle , et inversement
proportionnel à la distance de diffusion. Les animaux présentent des appareils respiratoires permettant
d'en optimiser les différents paramètres, toutefois l'augmentation de la surface des échangeurs respiratoires et la diminution de leur épaisseur contribuent à fragiliser ces structures. Elles sont corrélativement
souvent internalisées ou protégées.
L'organisation des appareils respiratoires des animaux, spécialisés dans l'approvisionnement de l'organisme en dioxygène et dans l'évacuation du dioxyde de carbone, est à relier au milieu de vie dans
lequel ils évoluent. Elle dépend en outre de l'appartenance systématique (branchies ciliées chez les
Eumollusques, branchies présentant une cuticule chez les Arthropodes aquatiques par exemple).
Il existe par ailleurs des animaux ne possédant pas d'appareil respiratoire spécialisé et réalisant les
échanges gazeux à travers leur tégument. C'est le cas des Annélides oligochètes comme le Lombric, et
des Plathelminthes , qui sont dépourvus d'appareil respiratoire (fiches 7, 8 , 12).
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Unité et diversité des échanges gazeux et des
appareils respiratoires des animaux
Le métabolisme des cellules animales correspond à une respiration : les nutriments issus de l'alimentation subissent des oxydations libérant de l'énergie, utilisée dans le cadre du fonctionnement cellulaire.
Ces réactions nécessitent du dioxygène et produisent du dioxyde de carbone.
Le dioxygène est prélevé dans le milieu de vie et le dioxyde de carbone produit y est rejeté. Les appareils
respiratoires sont les dispositifs anatomiques spécialisés dans la réalisation de ces échanges gazeux.
Les branchies, évaginations du tégument ou de la paroi pharyngienne, sont les appareils respiratoires
les plus fréquemment rencontrés en milieu aquatique (fiches 40, 41 ). Inversement, en milieu terrestre,
les trachées et poumons, invaginations du tégument ou de la paroi pharyngienne, constituent la majorité des appareils respiratoires (fiches 42, 43 , 44). Quelques rares cas font exception, comme celui des
Échinodermes holothurides qui, bien qu'aquatiques, effectuent des échanges gazeux respiratoires grâce
à un arbre respiratoire pulmonaire, prélevant le dioxygène dissous dans l'eau et rejetant de même le
dioxyde de carbone.
Les contraintes physico-chimiques imposées par le milieu de vie expliquent cette diversité des appareils
respiratoires. Le milieu aquatique est relativement pauvre en dioxygène dissous notamment en raison du
faible coefficient de solubilité de ce gaz dans l'eau. Par ailleurs ce milieu est relativement dense et vis -
queux. À l'inverse, le milieu aérien est riche en dioxygène, peu dense et peu visqueux. Il est cependant
desséchant car pauvre en eau.
La satisfaction des besoins en dioxygène des animaux aquatiques implique le traitement d'un important volume d'eau . Sa mise en mouvement consomme une grande quantité d'énergie ce qui explique
que dans la plupart des cas, la ventilation des appareils respiratoires est unidirectionnelle en milieu
aquatique (elle est bidirectionnelle chez les Échinodermes holothurides). Par comparaison, les animaux
terrestres peuvent obtenir une quantité plus importante de dioxygène en traitant un volume d'air réduit.
Sa mise en mouvement est peu coûteuse en énergie et autorise une ventilation bidirectionnelle, qui est
très fréquente en milieu aérien (sauf dans le cas des Oiseaux notamment). L'évaporation d'eau au niveau
des surfaces respiratoires est évitée par l'internalisation des surfaces d'échange.
Dans tous les cas, les échanges gazeu x sont réalisés par diffusion simple, selon les gradients de pres -
sions partielles des gaz concernés, au niveau de structures anatomiques dont la surface est importante
et l'épaisseur réduite. Ces caractéristiques permettent une importante efficacité de la diffusion. De part
et d'autre de la surface d'échange, la convection du milieu extérieur, ou ventilation, et la convection du
milieu intérieur, ou circulation, favorisent également la diffusion des gaz respiratoires. Elles contribuent
à maintenir les gradients des pressions partielles à une valeur élevée.
Les échanges gazeux respiratoires obéissent à la loi de Fick selon laquelle le flux est proportionnel à la
surface de diffusion, au coefficient de diffusion ainsi qu'au gradient de pression partielle , et inversement
proportionnel à la distance de diffusion. Les animaux présentent des appareils respiratoires permettant
d'en optimiser les différents paramètres, toutefois l'augmentation de la surface des échangeurs respiratoires et la diminution de leur épaisseur contribuent à fragiliser ces structures. Elles sont corrélativement
souvent internalisées ou protégées.
L'organisation des appareils respiratoires des animaux, spécialisés dans l'approvisionnement de l'organisme en dioxygène et dans l'évacuation du dioxyde de carbone, est à relier au milieu de vie dans
lequel ils évoluent. Elle dépend en outre de l'appartenance systématique (branchies ciliées chez les
Eumollusques, branchies présentant une cuticule chez les Arthropodes aquatiques par exemple).
Il existe par ailleurs des animaux ne possédant pas d'appareil respiratoire spécialisé et réalisant les
échanges gazeux à travers leur tégument. C'est le cas des Annélides oligochètes comme le Lombric, et
des Plathelminthes , qui sont dépourvus d'appareil respiratoire (fiches 7, 8 , 12).
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