Par Laure-Anne Poissonnier

Les sociétés d’insectes font depuis longtemps partie de l’imaginaire des humains. Les fourmis apparaissent par exemple dans des fables, des contes, ainsi que dans des romans de science-fiction. On leur attribue souvent des qualités humaines : la fourmi est travailleuse, altruiste, et bien organisée. Il est vrai qu’en observant une colonie de fourmi, on est forcé de s’émerveiller de l’ordre apparent qui y règne.

Les fourmis, comme les humains, ont besoin de faire des allers-retours entre leur nid et leur environnement pour ramener de la nourriture. Certaines espèces prédatrices font ces allers-retours individuellement, mais la plupart d’entre elles utilisent pour cela des pistes créées par un dépôt de phéromones, des composés chimiques produits par des glandes spécialisées (par exemple la glande de Dufour ou chez certaines espèces la glande à venin) (illustration ci-dessous).

Les fourmis marquent chimiquement leur chemin en déposant une petite quantité de phéromone sur le sol. Les phéromones étant volatiles, il faut que la piste soit maintenue par de nouveaux marquages réguliers, sinon les molécules s’évaporent et la piste disparaît. Ce système permet aux fourmis d’être efficaces et de ne pas continuer à s’engager sur une piste au bout de laquelle la nourriture aurait été épuisée : les fourmis sont motivées quand elles détectent des phéromones (à l’aide de leurs antennes), mais si elles ne trouvent rien à manger elles ne déposent pas de phéromones à leur retour, la piste disparaîtra et les autres fourmis ne s’y engageront plus.

Les espèces qui se cheminent le long des pistes présentent un des seuls cas du monde animal où des individus se déplacent le long de chemins dans deux directions, vers la nourriture, ou, de retour, vers la fourmilière. Ce trafic bidirectionnel est plus complexe qu’un simple déplacement commun dans une même direction, puisque les fourmis doivent compter avec les individus arrivant en contre sens. Malgré cela, chez certaines espèces, comme les fourmis coupeuses de feuilles (également appelées fourmis champignonnistes) (vidéo ci-dessous), les fourmis des bois (Formica rufa) ou les fourmis légionnaires (nom générique désignant des espèces appartenant au sous-familles des Ecitoninae, des Aenictinae et Dorylinae), la circulation peut-être très élevée, atteignant plus de centaines de fourmis par minute. La comparaison entre nos routes et les pistes des fourmis est frappante : malgré des règles de circulations strictes, le trafic chez les humains semble plus chaotique.

Qui a déjà observé un embouteillage sur une piste de fourmis ? Les fourmis seraient-elles capables de réussir là où des générations d’humains ont eu et rencontrent toujours des difficultés ?

Pour en avoir le cœur net, une équipe de chercheur, dont je fais partie, s’est attelée à relier précisément la densité de fourmis avec le flux (combien de fourmis traversent la piste par unité de temps) le long d’une piste de fourragement. Les expériences ont été réalisées au Centre de Recherche sur la Cognition Animale (Université Paul Sabatier, Toulouse). Ce centre est un pôle international de recherche sur les insectes sociaux (des capacités cognitives des abeilles, au déplacement des fourmis et à la construction des nids chez les termites).

Notre équipe s’intéresse plus particulièrement aux comportements collectifs. Nous avons choisi comme espèce la fourmi d’Argentine (Linepithema humile) (photo ci-dessus), une espèce invasive qui a conquis la majorité du monde habité. Elle forme des super-colonies de millions d’individus (elle est même considérée comme la plus grande colonie d’animaux vivants), ce qui en fait un modèle parfait pour notre étude, puisque qu’elles sont très nombreuses et (nous supposons) très efficace dans leur fourragement pour avoir une réussite écologique si grande et avoir supplanté de nombreuses espèces de fourmis locales.

Nous avons reliés des nids de fourmis à une plateforme où a été placée de l’eau sucrée, et les fourmis étant contraintes de traverser un pont pour accéder à l’eau sucrée (illustration ci-dessus) (photos de l’installation expérimentale en bas de page). En faisant varier à la fois la taille des nids et la largeur des ponts, les chercheurs ont réussi à créer une large gamme de densité de fourmis (nombre de fourmis par unité de surface). En règle générale, le flux croît avec l’augmentation de densité (nombre d’individus plus important), puis, après une certaine valeur, diminue (les individus se ralentissent les uns les autres), pour former une sorte de courbe en cloche.

Mais chez les fourmis cet effet n’est pas retrouvé ! Leur flux est biphasique, avec une augmentation puis un plateau. Même à très haute densité de fourmis, nous n’avons pas réussi à créer de diminution du flux (= d’embouteillage), alors qu’il y a bien une relation positive entre la densité et le nombre de contacts entre les fourmis.

Ceci s’explique par différents facteurs. Les fourmis, contrairement à des voitures ou des piétons, ne sont pas gênées par les collisions, leurs exosquelettes les protégeant des chocs. Elles perdent ainsi moins de temps à s’éviter les unes les autres, contrairement à une voiture, et elles peuvent retrouver leur vitesse maximale très rapidement (il n’y a pas de temps perdu à accélérer). Cela leur permet de maintenir des temps de trajets normaux jusqu’à des densités de 8 fourmis par cm², puis la densité affecte leurs mouvements.

Pour mieux comprendre le phénomène, nous nous sommes intéressés au comportement individuel de ces insectes. Les fourmis perdent du temps à chaque contact avec leur congénère : il y a une relation linéaire entre le temps de traversée du pont et le nombre de contacts avec d’autres fourmis. Ces contacts peuvent permettre aux fourmis de collecter des informations sur la qualité de la nourriture trouvée par leur congénères (traces olfactives sur leur corps par exemple), ou peut-être sur la présence d’un danger (des prédateurs).

Au départ les fourmis accélèrent avec l’augmentation de la densité, supposément due à l’augmentation de la concentration de phéromone sur la piste. A haute densité, les fourmis ont plus de contacts avec leurs congénères, mais elles passent moins de temps en interaction/communication, et accélèrent entre chaque contact pour rattraper le temps perdu. Enfin, quand la piste est vraiment noire de fourmis, elles arrêtent simplement de s’y engager, le temps que la voie se libère, ce qui évite une congestion totale.

Vidéos provenant de l’étude

Déplacements de fourmis sur un pont d’une largeur de 20mm

Déplacements de fourmis sur un pont d’une largeur de 5mm

Une précédente étude (Dussutour et al. 2004) a montré que les fourmis qui ont le choix entre deux chemins en sélectionnent rapidement un qui sera utilisé par la colonie, à cause du renforcement du marquage chimique : chaque fourmi qui rentre après avoir trouvé de la nourriture ajoute ses propres phéromones. Mais lorsque que le chemin devient trop encombré, les fourmis commencent à utiliser l’autre chemin. Cela se fait naturellement, quand les fourmis qui essayent de s’engager sur le chemin encombré se font repousser par les fourmis qui arrivent en contre-sens sur l’autre voie.

Ce genre de processus est appelé auto-organisation : le système s’organise par lui-même, sans contrôle central, chaque individu suivant des règles simples.

Les phénomènes complexes observés chez les fourmis (et les autres insectes sociaux), comme l’architecture de leur nid, ou la régulation du trafic le long des pistes, ne résulteraient donc pas d’un contrôle central (par leur reine comme le montrent souvent les films), mais plutôt de règles simples suivies au niveau individuel, telles que : « si la piste est encombrée, je fais demi-tour ou j’emprunte un autre chemin ».

En conclusion, les fourmis sur leur piste partagent un but commun, qui est de ramener de la nourriture à leur colonie, alors que les humains sur une route ou un trottoir ont chacun leur destination et objectifs personnels, ce qui pourrait expliquer les meilleures performances des insectes. L’établissement et le maintien des pistes ont un coût pour la colonie, et les règles de bonne exploitation des pistes de fourragement ont dû être sélectionnés, ce qui n’est pas le cas chez les humains.

Album photos de l’installation utilisée pour réaliser les expérimentations

Bibliographie

• Dussutour A. ; Fourcassié V. ; Helbing D. & Deneubourg J.L. (2004) : Optimal traffic organization in ants under crowded conditions. Nature 428,70-73 (lien)
• Poissonnier L.A. ; Motsch S. ; Gautrais J. Buhl J. & Dussutour A. (2019) : Experimental investigation of ant traffic under crowded conditions.  (lien)

Recommandations d’ouvrages sur cette thématique :

• Les Fourmis : Comportement, Organisation Sociale et Evolution (Luc Passera et Serge Aron – Edition : Canadian Science Publishing – 480 pages – janvier 2005)
• Le monde des fourmis (Rémy Chauvin – Edition du Rocher – 285 pages – 2 octobre 2003)
• Le monde extraordinaire des fourmis (Luc Passera – Edition : Fayard – 235 pages – 13 mars 2008)
• Ant Ecology (Catherine Parr ; Kirsti Abbott & Lori Lach – Edition : Oxford University press – 2010)
• Mutualism : Ants and their Insect Partners (Bernhard Stadler & Tony Dixon – Edition : Cambridge University Press – 248 pages – 7 avril 2008)
• The Leafcutter Ants – Civilization by Instinct (Bert Hölldobler & Edward O’Wilson – Edition W. W. Norton & Company – 192 pages – 26 octobre 2010)
• The Lives of Ants (Laurent keller & Elisabeth Gordon – Edition OUP Oxford – 273 pages – 26 février 2009)