Les animaux à respiration trachéenne sont les insectes, les myriapodes et les arachnides. De rares représentants des araignées et des mille-pattes vivent dans l’eau. Chez les insectes, les cas sont beaucoup plus fréquents et je répondrai en ce qui concerne les insectes.
On distingue 4 cas de figure. Mais tout d’abord, chez tous ces animaux aquatiques, le système respiratoire (trachées) est rempli d’air à l’état gazeux.
Pour les insectes adultes, comme les Dytiques et autres coléoptères, les punaises d’eau (notonectes), les orifices des trachées, les stigmates, s’ouvrent sous les ailes ou les élytres. Ils sont donc protégés de l’eau. Ces insectes enferment sous leurs ailes une bulle d’air qui alimente les trachées. De plus, les stigmates sont environnés de poils non mouillables, ce qui évite que de l’eau puisse accéder aux trachées. Mais l’insecte doit renouveler périodiquement la composition de sa bulle (éliminer l’oxyde de carbone et l’enrichir en oxygène) en venant mettre le bout de son abdomen (là où les ailes se terminent et recouvrent l’abdomen) en contact avec la surface de l’eau. Là encore, des poils non mouillables entourent cette zone et facilitent l’ouverture de l’accès de la bulle à l’atmosphère.
D’autres insectes adultes, chez les coléoptères encore, ont ce que l’on nomme un plastron. C’est une zone du corps non mouillable qui retient à sa surface un film d’air. Celui-ci est en contact direct avec l’eau environnante et sa composition se renouvelle d’elle-même au contact de l’eau. L’insecte n’a donc pas besoin en principe de revenir à la surface pour régénérer sa bulle, qui est en continuité avec les stigmates respiratoires.
Chez les larves aquatiques d’insectes (moustiques), on assiste à une diminution du nombre des stigmates (qui sont généralement au nombre d’une paire par segment du corps) à une seule paire se trouvant au bout de l’abdomen. Les stigmates sont encore entourés de poils non mouillables et l’insecte doit impérativement revenir au contact de la surface pour renouveler l’air de ses trachées. Ce cas existe aussi chez certaines punaises aquatiques comme les nèpes et les ranâtres, qui sont munies à l’arrière d’un long tube respiratoire.
Il existe enfin des cas où le système des trachées ne présente aucune ouverture fonctionnelle. Les échanges respiratoires se font alors à travers la cuticule, par la lymphe, vers les trachées, qui sont remplies, ici aussi, d’air. Les gaz passent donc de l’état dissous dans l’eau à l’état dissous dans la lymphe et finalement à l’état gazeux dans les trachées. Les échanges peuvent se faire sur toute la surface du corps ou dans des zones spécialisées (on parle alors improprement de branchies), par exemple chez les larves de libellules, d’éphémères ou de phryganes.
Pour ce qui est des vertébrés, l’air et en particulier les gaz sont véhiculés par les globules rouges (fixés sur l’hémoglobine). Pour les batraciens, les larves ont des branchies et les gaz dissous dans l’eau passent directement dans le sang à l’état dissous. Les adultes (grenouilles, tritons) ont des poumons et respirent à la surface par leurs narines. Mais la peau externe est aussi un lieu d’échanges respiratoires, ce qui permet à un crapaud par exemple de vivre sans ses poumons.
Les reptiles (et oiseaux) et les mammifères ont tous des poumons et doivent revenir à la surface de l’eau pour remplir leurs poumons d’air frais. Les descentes en apnée peuvent durer parfois très longtemps, comme chez les cétacés (baleines, dauphins).