Étude expérimentale et modélisation des processus de morphogenèse de structures complexes chez les insectes sociaux

par Chaker Sbai

Thèse de doctorat en Mathématiques appliquées

Sous la direction de Pierre Degond, Christian Jost et de Giacomo Dimarco.

Soutenue en 2012

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La construction d'un nid est un comportement que l'on rencontre dans tout le règne animal. Ce nid aura en particulier le rôle de protéger l'animal, sa progéniture et la nourriture, des conditions extérieures et des éventuels prédateurs. Les nids les plus spectaculaires résultant d'activités collectives. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'effet d'une variation environnementale, la rugosité du substrat, sur les structures résultant de l'activité de construction chez la fourmi Lasius niger, notamment des piliers dont nous avons observé la dynamique spatio-temporelle grâce a un scanneur de surface. Nous n'avons trouvé aucun effet de la rugosité sur les variables étudiées (vitesse de construction, distances inter-pilier). Dans un second temps, nous nous sommes intéressés au phénomène de déplacement chez la fourmi Lasius niger. Nous avons construit un modèle de pistes avec angle de perception et un autre modèle avec diffusion de phéromones. Une analyse de sensibilité a montré que la vitesse d'apparition de pistes est fortement influencé par le taux de dépôt et d'évaporation de phéromones, moins fortement par l'angle de perception et qu'elle est quasiment indépendante de la diffusion de phéromones. Enfin, nos recherches ont porté sur le phénomène thigmotactique chez la fourmi Lasius niger. On a d'abord confirmé que les fourmis Lasius niger ne déposent pas de phéromones pendant la phase exploratoire. Pour comprendre la distribution spatiale durant l'exploration, nous analysons les comportements thigmotactiques de Lasius niger et identifions les règles comportementales pendant le déplacement et les arrêts des fourmis. On a construit une hiérarchie de modèles individus-centrés de mouvements individuels pour vérifier si ces règles comportementales peuvent expliquer la distribution spatiale des fourmis. On a trouvé une bonne cohérence qualitative, mais une nouvelle méthode de sélection de modèle indique que tous nos modèles sont quantitativement différents des observations.

  • Titre traduit

    Experimental study and modelling of complex structures morphogenesis process for social insects


  • Résumé

    Nests and the related construction behaviors can be found throughout the animal kingdom. Nests should protect the animal, its descendants and its food from environmental conditions and predators. The most spectacular nests can be found in social animals where they result from collective activities. In the first chapter we ask whether an environmental variable (roughness of the surface) influences the structures built by the black garden ant Lasius niger, in particular pillar formation. The spatiotemporal dynamics of this activity had been observed in the laboratory with a surface scanner. We did not find any significant effect of surface roughness on the studied variables (construction speed, inter-pillar distances). In the second chapter we focus on the movement of Lasius niger during exploration. We built a model with a perception angle and another model with diffusion of the pheromone traces. A sensitivity analysis showed that trail appearance speed is strongly influenced by pheromone deposition or evaporation rates, less strongly by the perception angle and that seems to be independent of pheromone diffusion. Finally, our research focused on the thigmotactic behavior in the ant Lasius Niger and the resulting ant densities in an experimental setup with borders. We at first confirmed that Lasius Niger ants do not lay pheromone trails during the exploration phase. In order to understand their spatial distribution during exploration , we analyzed their thigmotactic behavior and identified the behavioral rules underlying movement and stopping. We built a hierarchy of individual based models to test if the identified behavioral rules can explain the ants' spatial distribution. We find a good qualitative coherence, but a new model selection method shows that all our models differ quantitatively from the observations.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (125 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 117-125

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2012 TOU3 0102
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