Un modèle basé sur la physique peut expliquer comment les fourmis coopèrent pour transporter de lourdes charges jusqu’à leur nid

Toute personne ayant eu l’occasion d’observer un groupe de fourmis se précipitant sur une grosse miette pour la transporter jusqu’à leur nid s’est certainement étonnée en voyant comment ces créatures minuscules peuvent effectuer ce travail. Une nouvelle recherche menée à l'Institut Weizmann, publiée aujourd'hui dans la revue Nature Communications, explique comment l’équilibre entre une orientation individuelle et un comportement conformiste permet aux fourmis de collaborer pour transporter leur butin dans la direction voulue.

Pour traîner un gros objet, plusieurs fourmis vont l’entourer : celles de l’arrière le soulèvent tandis que celles qui sont à l’avant le tirent. Comment prennent-elles la bonne voie au lieu de tirer chacune de son côté ? Le docteur Ofer Feinerman et son groupe du département de Physique des systèmes complexes à l'Institut Weizmann, ont utilisé des analyses vidéo pour suivre les mouvements individuels de fourmis au sein d’un groupe transportant un gros morceau de nourriture vers leur nid. Plus il y a de fourmis autour de ce ‘paquet’ (qui peut être un grain de céréale), plus grande est leur vitesse. Bien que le morceau de nourriture soit toujours déplacé en direction du nid, sa trajectoire reste assez tortueuse.

Dans les films vidéo, on peut voir des fourmis qui aident individuellement au transport pendant un court instant, puis laissent la place à d’autres. Lorsque ces nouvelles fourmis se mettent au travail, les autres, légèrement déconcertées et pas trop sûres de la direction à prendre, s’en remettent aux nouvelles venues. Lorsqu’une nouvelle fourmi se joint au groupe, la direction de l’objet transporté est temporairement corrigée, permettant une rectification de la trajectoire. Les fourmis qui viennent de se rattacher au groupe continuent à diriger le mouvement pendant 10 à 20 secondes. Les fourmis ayant reçu l’information prennent la direction du groupe, mais l’abandonnent rapidement dès que l’équipe qui les a aidées disparaît.

Pour décrire ce comportement coopératif, un modèle mathématique a été établi en collaboration avec le groupe du professeur Nir Gov, du département de Physique chimique de l'Institut Weizmann. Selon ce modèle, les décisions des fourmis transporteuses ‘non informées’ correspondent à un niveau intermédiaire de conformisme comportemental. Les individus bien informés sont ensuite chargés de guider au mieux le transport du fardeau. Ce modèle décrit un ‘point critique’ entre le conformisme et l’individualisme, ce qui permet au groupe de fourmis de coordonner le travail et de rectifier la direction si nécessaire. Le modèle est une variante du modèle d’Ising, généralement utilisé pour décrire des phénomènes émergents en physique statistique.

Que pouvons-nous apprendre de cette recherche sur le rôle de l’individualité dans un groupe d’animaux sociaux ?  Le docteur Feinerman explique : « Dans ce système, la sagesse ne vient pas des foules. Au contraire, certains individus forment les ‘cerveaux’, et le rôle du groupe est d’amplifier la puissance ‘musculaire’ d’individus assez habiles pour leur permettre de réussir à transporter le chargement. »

La recherche du professeur Nir Gov est financée par Yeda-Sela Center for Basic Research. Le professeur Gov est titulaire de la Lee and William Abramowitz Professorial Chair of  Biophysics.

La recherche du docteur Ofer Feinerman est financée par : Yeda-Sela Center for Basic Research, Clore Foundation, et Tom Beck Research Fellow Chair in the Physics of Complex Systems. Le docteur Feinerman est titulaire de la Shlomo and Michla Tomarin Career Development Chair.

Videos taken during the research:

https://www.youtube.com/watch?v=IfKiTaw8ndI

https://www.youtube.com/watch?v=JAwzXEZcjIw

https://www.youtube.com/watch?v=isnQrT_o5L8­­­­­­­­­­­­­­