– MESOMORPH

1-Contexte scientifique et objectifs du projet : - - L'une des caractéristiques les plus frappantes des sociétés d'insectes est leur capacité à construire collectivement des nids d'une remarquable complexité architecturale et qui sont adaptés aux besoins des colonies. Ces trente dernières années, un nombre croissant d'études ont cherché à comprendre comment des structures complexes pouvaient émerger à partir des actions d'un grand nombre d'individus dont la coordination des comportements repose sur des processus d'auto-organisation. Les insectes sociaux se prêtent particulièrement bien à ce type d'étude car les deux niveaux de description, l'individu et la colonie, sont directement accessibles à l'observation. Les mécanismes intervenant dans la coordination des activités individuelles peuvent être identifiés, quantifiés et ensuite validés au moyen d'outils de modélisation et de simulation appropriés. Malgré l'importance écologique des nids construits par les insectes sociaux, il n'existe qu'un très petit nombre d'études détaillées portant sur la quantification de ces structures. L'analyse fonctionnelle de ces nids (e.g. l'efficacité du transport et des communications au sein du nid) reste encore à réaliser. La caractérisation et l'étude des propriétés fonctionnelles des structures 3D constituent donc un champ de recherche largement ouvert. Il en est de même des mécanismes de construction qui interviennent dans la morphogenèse des nids. Très peu d'études ont identifié les comportements individuels des insectes et ont cherché ensuite à relier ces comportements aux structures réalisées collectivement. - Dans ce projet, nous nous proposons d'aborder ces questions à deux niveaux. Au niveau collectif, nous utiliserons la tomographie aux rayons X pour construire une base de données de structures 3D de nids de fourmis et de termites. Ces structures seront ensuite caractérisées en analysant l'organisation spatiale et topologique des réseaux 3D de galeries, de conduits alvéolaires et de chambres au sein du nid. Par ailleurs nous analyserons certaines caractéristiques fonctionnelles de ces réseaux comme la longueur des trajets moyens entre différentes parties du nid, la robustesse du réseau aux déconnexions ou bien encore la propagation des informations au sein du réseau. Pour comprendre les processus intervenant dans la morphogenèse de ces structures nous conduirons également en parallèle un travail expérimental dont l'objectif sera de caractériser les comportements individuels intervenant dans les premières phases de construction du nid chez la fourmi Lasius niger. Les descriptions à l'échelle individuelle serviront de base à la construction de modèles individu-centrés et macroscopiques. Nous suivrons pour cela une méthodologie de modélisation mésoscopique adaptée aux phénomènes de morphogenèse auto-organisée dans le vivant, en particulier en ce qui concerne le maintien systématique d'un lien rigoureux avec les statistiques comportementales individuelles observées expérimentalement. - - 2-Description du projet, méthodologie : - - Les quatre équipes impliquées dans ce projet possèdent des compétences complémentaires pour aborder le problème de la morphogenèse et de la caractérisation de structures tri-dimensionelles en réseaux chez les insectes sociaux. La première (Toulouse) étant spécialisée dans l'étude des comportements collectifs chez les insectes sociaux, les trois autres étant spécialisées dans la physique statistique et la modélisation de systèmes complexes (Paris, Barcelone) et enfin l'informatique et l'analyse d'image (Nantes). Les nids utilisés dans cette étude proviennent de la collection permanente du MNHN de Paris. Les tomographies aux rayons X seront réalisées dans des centres d'imageries publics ou privés. La reconstruction des structures 3D, l'extraction des graphes 3D associés et l'établissement de la base de données seront réalisés conjointement par les équipes de Toulouse, Nantes et Paris. Les analyses compara