Les fourmis exploitent brillamment la physique du sol pour creuser des tunnels qui durent des décennies…

fourmis utilisent physique sol pour creuser tunnels un metre long qui durent decennies
| Hemera/ThinkStock

Les fourmis sont connues pour leur qualité de travailleuses acharnées et précises. Elles sont dotées d’une intelligence collective impressionnante, qui motive de nombreux travaux de recherche en comportement animal. Les colonies de fourmis peuvent évoluer à plusieurs mètres sous terre, abriter des millions d’individus et durer des décennies, bien qu’elles soient construites sans matériaux de renforcement. Récemment, des chercheurs ont révélé les secrets de ces impressionnantes structures architecturales par l’imagerie tridimensionnelle à rayons X et des simulations informatiques. Les résultats de l’étude pourraient être utilisés pour développer des machines minières automatisées.

Pour étudier minutieusement leur comportement, José Andrade de l’Institut de technologie de Californie et ses collègues ont installé de petites colonies de fourmis dans un récipient contenant 500 millilitres de terre — 15 fourmis moissonneuses occidentales (Pogonomyrmex occidentalis). La position de chaque fourmi et de chaque grain de terre a ensuite été enregistrée par des scanners à rayons X à haute résolution toutes les 10 minutes pendant 20 heures.

Les radiographies ont permis aux chercheurs d’obtenir des détails précis sur la forme de chaque tunnel et sur les grains qui ont été retirés pour les creuser. L’équipe a ensuite créé un modèle informatique à l’aide de ces scans pour comprendre les forces agissant sur les tunnels. La taille, la forme et l’orientation de chaque grain ont été recréées dans le modèle et la direction et l’importance de la force exercée sur chaque grain ont pu être calculées, y compris la gravité, la friction et la cohésion causée par l’humidité. La précision du modèle était si élevée qu’elle ne différait que de 0,07 millimètre par rapport aux relevés du scanner. Les détails de l’étude ont été publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

Une excavation minutieuse génétiquement programmée

Les résultats suggèrent que les forces dans le sol ont tendance à s’enrouler autour de l’axe du tunnel lorsque les fourmis creusent, formant ce que l’équipe appelle des « arches » dans le sol dont le diamètre est supérieur à celui du tunnel lui-même. Cela réduit la charge agissant sur les particules du sol à l’intérieur des arches, où les fourmis construisent leur tunnel. Par conséquent, les fourmis peuvent facilement retirer ces particules pour prolonger le tunnel sans provoquer d’effondrement. Les arches rendent également le tunnel plus solide et plus durable.

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« Nous avions naïvement pensé que les fourmis jouaient peut-être au Jenga, qu’elles tapaient, qu’elles agitaient peut-être les grains, qu’elles saisissaient même les grains de moindre résistance », déclare Andrade. Selon lui, il est désormais clair que les fourmis semblent ne rien savoir des forces en présence et ne montrent aucun signe de prise de décision, mais suivent plutôt un algorithme comportemental très simple qui a évolué au fil du temps.

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Avant que les fourmis ne creusent des tunnels, les forces de « grain à grain » dans le sol sont alignées de manière aléatoire (à gauche), mais lorsque les fourmis creusent (à droite), les forces s’alignent et s’enroulent autour du tunnel. © Caltech

Les fourmis ont tendance à creuser des tunnels relativement droits qui descendent à l’angle de repos — la pente à laquelle un matériau granulaire forme naturellement des monticules —, qui était d’environ 40 degrés dans ce cas. Elles choisissent aussi précisément les bons grains à retirer pour créer une arche de protection au-dessus. « D’une manière remarquable – d’une manière plutôt, vous savez, fortuite – ils sont arrivés à une technique de creusement qui est conforme aux lois de la physique, mais incroyablement efficace », déclare Andrade.

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L’équipe pense que si l’algorithme comportemental peut être analysé plus en profondeur et finalement reproduit, il pourrait trouver une application dans les robots miniers automatisés, que ce soit ici sur Terre ou sur d’autres corps planétaires comme la Lune ou Mars, où l’activité minière, déjà risquée, serait encore plus dangereuse pour les humains.

La vidéo ci-dessous explique la découverte (© New Scientist) :

Source : Proceedings of the National Academy of Sciences

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