Equipe : Collective Animal Behaviour (CAB), CRCA-CBI
Encadrement : Vincent Fourcassié (CRCA-CBI)
Jury :
Présidente de jury :
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- Audrey Dussutour, Directrice de recherche au CRCA-CBI
Rapporteurs :
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- François-Xavier Dechaume-Moncharmont, Professeur, Laboratoire d’Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés, Université Claude Bernanrd Lyon 1
- Thibaud Monnin, Directeur de Recherche, Institut d’Écologie et des Sciences de l’Environnement de Paris (iEES Paris), Sorbonne Université
- Andrea Perna, Senior Lecturer, Assistant professor, IMT School for Advanced Studies in Lucca, Italy
Examinatrice :
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- Claire Detrain, Directrice de recherche au FRS – FNRS (Bruxelles)
Directeur de Thèse :
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- Vincent Fourcassié, Directeur de recherche, CRCA CBI (Toulouse)
Résumé :
Les fourmis sont connues pour leurs capacités d’auto-organisation et leurs performances hors du commun dans les activités de fourragement et de transport, et ce, avec des capacités cognitives relativement réduites. Elles sont capables de résoudre des problèmes parfois complexes, comme le choix parmi plusieurs options du chemin le plus court, la thermorégulation du nid, ou encore la régulation énergétique et nutritive de la colonie, avec une aisance déconcertante. Chez les fourmis, la solution du problème à l’échelle collective émerge de la somme d’interactions simples et locales entre elles et leurs milieux (par dépôt de phéromones par exemple). Les fourmis sont par conséquent, un modèle pertinent pour étudier la prise de décision à l’interface entre des individus simples et limités cognitivement et un collectif complexe et pertinent, voire optimal.
Une des tâches dans lesquelles s’illustrent parfaitement les fourmis est le transport. Les fourmis constituent en effet un des rares groupes d’espèces capables de déplacer des objets de masse importante sur de longues distances, une fois ramenées à leurs échelles. Elles sont notamment capables de s’organiser autour d’une charge et de la porter collectivement afin de dépasser leurs limitations individuelles. Les tâches de transports sont omniprésentes durant le fourragement, la construction du nid, ou encore le soin au couvain, et sont donc essentielles pour la colonie. Chaque décision de porter un objet d’un point A à un point B entraîne un coût énergétique potentiellement important pour les fourmis. Une forme de régulation de l’effort pourrait donc être attendue. Cette thèse se propose d’étudier les prises de décision des fourmis dans des contextes de transports, et de les mettre en relation avec les coûts énergétiques produits. La question principale motivant nos recherches est donc : quelle est la place de la régulation énergétique dans les prises de décision de transport chez les fourmis ?
La thèse est constituée de deux chapitres portant sur la même question étudiée dans deux contextes différents et sur deux espèces différentes. Premièrement nous avons étudié le transport d’objet dans une tâche de choix binaire, à savoir le transport d’obstacle lors de la désobstruction d’une galerie souterraine chez Messor barbarus. Puis, nous nous nous sommes intéressés à l’impact de la mobilité d’une charge dans un contexte de transport collectif chez Aphaenogaster senilis.
Nous avons quantifié la qualité des transports effectués avec des mesures objectives comme l’efficacité ou le travail mécanique issus de modèles mécaniques réalisés pour cette thèse. Nous nous sommes intéressés notamment aux prises mandibulaires sur la charge, en les considérant comme la base du comportement de transport. Les prises mandibulaires marquent en effet autant l’initiative du transport (au début de la prise) que la persistance sur la tâche (par leurs durées).
Nous avons observé que les fourmis, quand elles sont confrontées à un choix entre deux options pour dégager un objet obstruant une galerie plus ou moins inclinée, tiraient l’objet vers le côté nécessitant le plus faible travail mécanique dans 75% des cas. Cependant, si la fourmi semble résoudre cette tâche individuellement de manière efficace, cette efficacité reste toute relative au niveau collectif. Nous avons aussi observé que, si les durées des prises mandibulaires sur l’objet étaient plus courtes sur des tâches plus dures, la quantité d’énergie utilisée, elle, restait inchangée. La quantité d’énergie utilisée semble dépendre des capacités musculaires des fourmis, ce qui pourrait indiquer qu’elles accomplissent un effort relatif similaire à chaque tentative de transport.
Lors de transports collectifs, nous avons observé que les fourmis ne se disposaient pas autour de la charge de manière aléatoire. Les dispositions préférées par les fourmis sont celles réduisant les forces totales à mobiliser pour maintenir l’objet au-dessus du sol. Cette préférence des fourmis pour les dispositions avantageuses disparaît si la charge est maintenue par une épingle. On note aussi que les dispositions désavantageuses sont abandonnées plus vite que les autres, suggérant une forme de régulation énergétique du comportement sur la tâche.
Mots clefs : Ethologie quantitative, Prise de décision, transport de charge, Optimisation, Comportement collectifs, Fourmis