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Les colonies de fourmis peuvent descendre à plusieurs mètres sous terre, abriter des millions d’insectes et durer des décennies, bien qu’elles soient construites sans l’aide de machines et de matériaux de renforcement. Les secrets de ces impressionnantes structures architecturales sont révélés par l’imagerie tridimensionnelle aux rayons X et les simulations informatiques – et pourraient être utilisés pour mettre au point des machines minières robotisées.

Comprendre les tunnels des fourmis

José Andrade, de l’Institut de technologie de Californie, et ses collègues ont installé des colonies de fourmis miniatures dans un récipient contenant 500 millilitres de terre et 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 résultats de ces radiographies ont permis aux chercheurs d’obtenir des détails exacts sur la forme de chaque tunnel et sur les grains qui ont été retirés pour le créer. L’équipe a ensuite créé un modèle informatique à l’aide de ces radiographies pour comprendre les forces agissant sur les tunnels. La taille, la forme et l’orientation de chaque grain ont été recréées dans ce 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. Ce modèle était précis à la résolution de 0,07 millimètre du scanner.

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. 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.

Elles suivent un algorithme comportemental

« Nous avions naïvement pensé que les fourmis jouaient peut-être au Jenga, qu’elles tapaient, qu’elles agitaient peut-être les grains, ou qu’elles saisissaient les grains de moindre résistance », explique M. Andrade. Selon lui, il est maintenant 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.

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 exactement les bons grains à enlever pour créer une arche de protection au-dessus.

Une technique conforme aux lois de la physique

« D’une manière remarquable, ils sont tombés sur une technique de creusement qui est conforme aux lois de la physique, mais incroyablement efficace », déclare Andrade. L’équipe pense que si cet 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 où l’activité minière, déjà risquée, serait encore plus dangereuse pour les humains.

Cette recherche a été publiée dans PNAS.

Source : New Scientist
Crédit photo : iStock