Hungtang Ko
Les fourmis de feu sont peut-être le fléau des États du sud comme la Géorgie et le Texas, mais scientifiquement, elles sont infiniment fascinantes comme exemple de comportement collectif. Quelques fourmis de feu bien espacées se comportent comme des fourmis individuelles. Mais emballez-les suffisamment près les uns des autres et ils agissent plus comme une seule unité, présentant à la fois des propriétés solides et liquides. Ils peuvent former des radeaux pour survivre aux crues soudaines, s’organiser en tours et vous pouvez même les verser à partir d’une théière comme un fluide.
« Agrégés, ils peuvent presque être considérés comme un matériau, connu sous le nom de » matière active « », a déclaré Hungtang Ko, maintenant postdoctorant à l’Université de Princeton, qui a commencé à étudier ces créatures fascinantes en tant qu’étudiant diplômé de Georgia Tech en 2018. (Et oui , il a été piqué de très nombreuses fois.) Il est co-auteur de deux articles récents sur la physique des radeaux de fourmis de feu. Le premier, publié dans la revue Bioinspiration and Biomimetics (B&B), a étudié le comportement des radeaux de fourmis de feu dans l’eau courante par rapport aux conditions statiques de l’eau.
Le second, accepté pour publication dans Physical Review Fluids, a exploré le mécanisme par lequel les fourmis de feu se rassemblent pour former les radeaux en premier lieu. Ko et al. ont été quelque peu surpris de constater que le mécanisme principal semble être le soi-disant « effet Cheerios » – nommé en l’honneur de la tendance des derniers Cheerios restants flottant dans le lait à s’agglutiner dans le bol, soit en dérivant vers le centre ou vers le bords extérieurs.
Une seule fourmi a une certaine hydrophobie, c’est-à-dire la capacité de repousser l’eau. Cette propriété est intensifiée lorsqu’ils s’unissent, tissant leurs corps comme un tissu imperméable. Les fourmis ramassent tous les œufs, remontent à la surface via leurs tunnels dans le nid et, à mesure que les eaux de crue montent, elles se mordillent mutuellement avec leurs mandibules et leurs griffes jusqu’à ce qu’une structure plate en forme de radeau se forme. Chaque fourmi se comporte comme une molécule individuelle dans un matériau, par exemple des grains de sable dans un tas de sable. Les fourmis peuvent accomplir cela en moins de 100 secondes. De plus, le radeau de fourmis est « auto-réparateur »: il est suffisamment robuste pour que s’il perd une fourmi ici et là, la structure globale puisse rester stable et intacte, même pendant des mois d’affilée.
En 2019, Ko et ses collègues ont rapporté que les fourmis de feu pouvaient détecter activement les changements de forces agissant sur leur radeau flottant. Les fourmis ont reconnu différentes conditions d’écoulement de fluide et ont adapté leur comportement en conséquence pour préserver la stabilité du radeau. Une pagaie se déplaçant dans l’eau de la rivière créera une série de tourbillons tourbillonnants (connus sous le nom de détachement de vortex), provoquant la rotation des radeaux de fourmis. Ces tourbillons peuvent également exercer des forces supplémentaires sur le radeau, suffisantes pour le briser. Les changements dans les forces centrifuges et de cisaillement agissant sur le radeau sont assez faibles – peut-être 2 à 3 % de la force de gravité normale. Pourtant, d’une manière ou d’une autre, les fourmis peuvent ressentir ces petits changements avec leur corps.
Plus tôt cette année, des chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder ont identifié quelques règles simples qui semblent régir la façon dont les radeaux flottants de fourmis de feu se contractent et se forment avec le temps. Comme nous l’avions signalé à l’époque, les structures se comprimaient parfois en cercles denses de fourmis. D’autres fois, les fourmis commençaient à se déployer pour former des extensions en forme de pont (pseudopodes), utilisant parfois les extensions pour s’échapper des conteneurs.
Comment les fourmis ont-elles réalisé ces changements ? Les radeaux comprennent essentiellement deux couches distinctes. Les fourmis sur la couche inférieure servent un objectif structurel, constituant la base stable du radeau. Mais les fourmis de la couche supérieure se déplacent librement au-dessus des corps liés de leurs frères de la couche inférieure. Parfois, les fourmis se déplacent du bas vers la couche supérieure ou de la couche supérieure vers la couche inférieure dans un cycle ressemblant à un tapis roulant en forme de beignet.
Ko et coll.L’étude de B&B est quelque peu liée, sauf que l’étude de Boulder s’est penchée sur la dynamique collective générale plutôt que sur les interactions entre les fourmis individuelles. « Il y a des milliers et des milliers de fourmis dans la nature, mais personne ne sait vraiment comment une paire de fourmis interagirait entre elles, et comment cela affecte la stabilité du radeau », a déclaré Ko à Ars.
Avec des radeaux aussi grands, la répétabilité peut être un problème. Ko voulait avoir un peu plus de contrôle sur ses expériences et aussi étudier comment les fourmis s’adaptaient à différents scénarios d’écoulement dans l’eau. Il a découvert que les fourmis utilisent une stratégie de rationalisation active, modifiant la forme du radeau pour réduire la traînée. « Alors peut-être qu’il faut moins de force, ou moins de coût métabolique, pour s’accrocher à la végétation que si elle restait fidèle à la forme de crêpe plus grande d’origine », a déclaré Ko.