Questions aux experts

Les insectes ont besoin de respirer pour produire de l’énergie et assurer leur métabolisme comme tous les animaux terrestres. Si les échanges gazeux sont identiques (absorption de dioxygène puisé dans l’air et rejet de dioxyde de carbone) le mécanisme qui assure cette fonction physiologique est très différent de celui des mammifères par exemple. L'air n'entre pas dans un système pulmonaire qui assure le passage du dioxygène dans les cellules grâce à un vecteur de transport : le sang. Ce sont des ouvertures réparties sur leur exosquelette qui assurent le passage des gaz soit en absorption, soit en rejet, en lien direct avec les tissus internes.

Les insectes puisent le dioxygène dans l’air à travers leur enveloppe externe grâce à des spiracles, qui se trouvent situés au niveau de leur exosquelette (orifices percés dans les pleurites thoraciques et abdominaux). Ces orifices ont des structures filtrantes (soies hydrophobes) et des valves de fermeture, évitant les pertes en eau. Le muscle qui forme la valve externe du spiracle se relâche de manière rythmique. À l'ouverture de ce dernier le spiracle s'ouvre, et il se ferme quand le muscle se contracte. Ce muscle est contrôlé par un système nerveux central mais il peut aussi réagir à des stimuli chimiques localisés (en cas d’excès de dioxyde de carbone par exemple).

Le réseau trachéen prend naissance à partir de ces spiracles. Les trachées sont des invaginations cuticulaires tubuleuses qui s'enfoncent dans le corps sous forme de gros troncs qui se ramifient en diminuant de diamètre, devenant des trachéoles. A l’entrée de ce réseau, des sacs aériens trachéens stockent une réserve d'air et permettent une diffusion en masse du dioxygène. Les trachéoles se terminent, au contact de ces tissus, dans des cellules étoilées (cellules trachéolaires) qui contiennent un liquide dans lequel se dissolvent les gaz respiratoires, ce qui est nécessaire pour leur diffusion cellulaire. Le réseau apporte donc directement le dioxygène aux organes d’abord sous forme gazeuse puis sous forme dissoute jusqu'aux cellules ou des ensembles de cellules (tissus et organes).

Une fois cette action réalisée, les tissus de l'insecte assurent la fonction de respiration cellulaire et éliminent le dioxyde de carbone au travers des mêmes réseaux.
Cet appareil respiratoire fonctionne de la même manière pour tous les insectes terrestres, mais selon leur taille, les insectes ont besoin de réaliser plus ou moins d'effort pour maintenir le fonctionnement des spiracles. Les individus de plus de 3 centimètres réalisent un travail musculaire de plus grande importance car leur taux métabolique est plus élevé. C'est le cas des coléoptères (scarabée).

Durant le vol un insecte a besoin de consommer une plus grande quantité d'oxygène. Le flux reçu doit être plus important. Bien que les spiracles se distendent pour laisser passer une plus grande quantité d'air, ce n'est absolument pas suffisant pour les niveaux d'oxygène dont il a besoin pour respirer en volant. Pour optimiser ce système, l’insecte agrandit son thorax ainsi que le système trachéen, ce qui multiplie la capacité des trachéoles. Grâce à ce dispositif, il est capable de traiter une quantité d’air jusqu'à 5 à 7 fois ce dont il a besoin quand il est au repos.

Tous les insectes adultes respirent grâce à un réseau interne de trachées qui communiquent avec l'atmosphère par des stigmates visibles extérieurement sur chaque côté de chaque segment abdominal. Pour les larves non-aquatiques, comme chez les coccinelles, c'est la même chose.  Les larves aquatiques des insectes utilisent le dioxygène dissous grâce à des trachéobranchies.