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Ce travail est dédié à l'étude du comportement agrégatif chez la fourmi Lasius niger afin de caractériser le phénomène au niveau collectif, par l'étude de la dynamique et de la structure agrégative, et au niveau des mécanismes sous-tendant le phénomène par l’analyse des comportements individuels des fourmis. Nous avons montré expérimentalement et vérifié par la modélisation que l’agrégation est essentiellement liée à un phénomène amplificateur : plus l’agrégat est de grande taille, plus les fourmis y restent longtemps. Nos résultats indiquent que le niveau d’agrégation et la structure formée sont dépendants de plusieurs facteurs comme la densité et la surface disponible : une évolution de la structure agrégative des nourrices est observée, passant d’un grand agrégat stable pour les petites densité-surface à plusieurs agrégats à hiérarchie de taille moins marquée pour les grandes densité-surface. L’agrégation est aussi influencée par la caste éthologique des fourmis, les nourrices s’agrégeant en un agrégat stable de grande taille, les fourrageuses en quelques petits agrégats instables. Cette différence s’explique par une probabilité plus faible des fourrageuses à rester dans l’agrégat. Dans les groupes mixtes, les fourmis gardent les caractères propres à leur caste, ne semblant pas influencées par la caste de l’individu rencontré. Enfin, l’agrégation diffère quantitativement mais non qualitativement selon l’espèce utilisée : nos études sur Crematogaster scutellaris, Atta sexdens-rubropilosa, Solenopsis invicta, Pheidole pallidula, Linepithema humile, Myrmica rubra et M. ruginodis montrent une grande variété de réponses, en nombre et en taille d’agrégats, qui est aussi fonction de la caste de fourmis utilisée. Une constance, cependant, apparaît dans nos résultats : les nourrices paraissent mieux s’agréger que les fourrageuses. Ces résultats sont discutés en fonction de leur valeur adaptative pour la colonie et d’un lien possible avec la distribution spatiale des individus à l’intérieur du nid./This work is dedicated to the study of the aggregative behaviour in the ant Lasius niger in order to characterize the phenomenon at the collective level by a study of the dynamic and the collective structure, and at the individual level to understand the mechanisms underlying the phenomenon. We demonstrated experimentally and verified by a model that aggregation is essentially due to an amplificatory phenomenon: the greater the ant numbers in a cluster, the greater the time spent by an ant inside this cluster. Our results indicate that the aggregation level and the form of the collective structure depend on different factors such as the density and the surface: for brood-tenders, an evolution of the aggregative structure is observed shifting from a large stable aggregate for low density-surface to several smaller clusters with a less pronounced hierarchical size for the greater density-surface. Aggregation is also influenced by the ethological caste of the ant: the brood-tenders aggregate in a big stable cluster and the foragers in some unstable clusters. This difference is explained by a smaller probability of foragers to stay inside the cluster. In mixed groups, ants keep their own characteristics, not appearing to be influenced by the caste of the individual encountered. Finally, aggregation is influenced by the ant species: our studies on Crematogaster scutellaris, Atta sexdens-rubropilosa, Solenopsis invicta, Pheidole pallidula, Linepithema humile, Myrmica rubra and M. ruginodis show us a large variety of responses, in the number and the size of the clusters, which is also a function of the caste of ants which is used. A constant result, nevertheless, appears in our results: brood-tenders seem to aggregate better than foragers. These results are discussed in term of their adaptive value for the colony and a possible link with the spatial distribution of ants inside the nest.

The study of large-scale decentralised systems composed of numerous interacting agents that self-organise to perform a common task is receiving growing attention in several application domains. However, real world implementations are limited by a lack of well-established design methodologies that provide performance guarantees. Engineering such systems is a challenging task because of the difficulties to obtain the micro-macro link: a correspondence between the microscopic description of the individual agent behaviour and the macroscopic models that describe the system's dynamics at the global level. In this thesis, we propose an engineering methodology for designing decentralised systems, based on the concept of design patterns. A design pattern provides a general solution to a specific class of problems which are relevant in several application domains. The main component of the solution consists of a multi-level description of the collective process, from macro to micro models, accompanied by rules for converting the model parameters between description levels. In other words, the design pattern provides a formal description of the micro-macro link for a process that tackles a specific class of problems. Additionally, a design pattern provides a set of case studies to illustrate possible implementation alternatives both for simple or particularly challenging scenarios. We present a design pattern for the best-of-n, decentralised decision problem that is derived from a model of nest-site selection in honeybees. We present two case studies to showcase the design pattern usage in (i) a multiagent system interacting through a fully-connected network, and (ii) a swarm of particles moving on a bidimensional plane. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail est dédié à l'étude du comportement agrégatif chez la fourmi Lasius niger afin de caractériser le phénomène au niveau collectif, par l'étude de la dynamique et de la structure agrégative, et au niveau des mécanismes sous-tendant le phénomène par l’analyse des comportements individuels des fourmis. Nous avons montré expérimentalement et vérifié par la modélisation que l’agrégation est essentiellement liée à un phénomène amplificateur :plus l’agrégat est de grande taille, plus les fourmis y restent longtemps. Nos résultats indiquent que le niveau d’agrégation et la structure formée sont dépendants de plusieurs facteurs comme la densité et la surface disponible :une évolution de la structure agrégative des nourrices est observée, passant d’un grand agrégat stable pour les petites densité-surface à plusieurs agrégats à hiérarchie de taille moins marquée pour les grandes densité-surface. L’agrégation est aussi influencée par la caste éthologique des fourmis, les nourrices s’agrégeant en un agrégat stable de grande taille, les fourrageuses en quelques petits agrégats instables. Cette différence s’explique par une probabilité plus faible des fourrageuses à rester dans l’agrégat. Dans les groupes mixtes, les fourmis gardent les caractères propres à leur caste, ne semblant pas influencées par la caste de l’individu rencontré. Enfin, l’agrégation diffère quantitativement mais non qualitativement selon l’espèce utilisée :nos études sur Crematogaster scutellaris, Atta sexdens-rubropilosa, Solenopsis invicta, Pheidole pallidula, Linepithema humile, Myrmica rubra et M. ruginodis montrent une grande variété de réponses, en nombre et en taille d’agrégats, qui est aussi fonction de la caste de fourmis utilisée. Une constance, cependant, apparaît dans nos résultats :les nourrices paraissent mieux s’agréger que les fourrageuses. Ces résultats sont discutés en fonction de leur valeur adaptative pour la colonie et d’un lien possible avec la distribution spatiale des individus à l’intérieur du nid./This work is dedicated to the study of the aggregative behaviour in the ant Lasius niger in order to characterize the phenomenon at the collective level by a study of the dynamic and the collective structure, and at the individual level to understand the mechanisms underlying the phenomenon. We demonstrated experimentally and verified by a model that aggregation is essentially due to an amplificatory phenomenon: the greater the ant numbers in a cluster, the greater the time spent by an ant inside this cluster. Our results indicate that the aggregation level and the form of the collective structure depend on different factors such as the density and the surface: for brood-tenders, an evolution of the aggregative structure is observed shifting from a large stable aggregate for low density-surface to several smaller clusters with a less pronounced hierarchical size for the greater density-surface. Aggregation is also influenced by the ethological caste of the ant: the brood-tenders aggregate in a big stable cluster and the foragers in some unstable clusters. This difference is explained by a smaller probability of foragers to stay inside the cluster. In mixed groups, ants keep their own characteristics, not appearing to be influenced by the caste of the individual encountered. Finally, aggregation is influenced by the ant species: our studies on Crematogaster scutellaris, Atta sexdens-rubropilosa, Solenopsis invicta, Pheidole pallidula, Linepithema humile, Myrmica rubra and M. ruginodis show us a large variety of responses, in the number and the size of the clusters, which is also a function of the caste of ants which is used. A constant result, nevertheless, appears in our results: brood-tenders seem to aggregate better than foragers. These results are discussed in term of their adaptive value for the colony and a possible link with the spatial distribution of ants inside the nest. / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie animale / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La vie en collectivité confère de nombreux avantages, mais aussi des inconvénients avec lesquels l’animal doit s’accommoder. Afin de maintenir la cohésion sociale, les membres d’un groupe doivent donc faire des compromis et résoudre rapidement les conflits d’intérêts. Comprendre comment les individus arrivent à des décisions communes et optimales permet d’en savoir plus sur l’organisation sociale, les patterns de mouvements et l’utilisation de l’habitat de l’espèce. En retour, ces informations sont essentielles au développement de nouvelles stratégies de gestion. Dans ce contexte, je me suis intéressée à la vie de groupe et aux déplacements collectifs chez le bison d’Europe, espèce expérimentant son grand retour sur son continent d’origine. Mes travaux ont pu mettre en évidence que (1) les liens matrilinéaires étaient au cœur de la vie sociale de l’espèce, (2) le bison européen, contrairement à l’idée populaire, était loin d’être un animal strictement forestier et (3) les déplacements de groupe étaient préférentiellement menés par les femelles dominantes les plus âgées et ayant un veau à leur charge. La prise en compte de ces résultats pourrait grandement améliorer la réintroduction et la gestion des populations de bisons et permettre, par là même, une meilleure cohabitation avec l’Homme. / Community life gives many advantages, but also disadvantages with which animal must accommodate. In order to maintain social cohesion, group members must therefore make compromise and resolve quickly conflicts of interest. Understanding how individuals reach common and optimal decisions helps to learn more about the social organization, movement patterns and habitat use of the species. In return, this information is essential to the development of new management strategies. In this context, I was interested in group life and collective movements of the European bison, species which experiencing its great come back on its continent of origin. My works have shown that (1) matrilineal ties were at the core of the species’ social life, (2) the European bison, contrary to popular opinion, was far from a strictly forest animal and (3) group movements were preferentially lead by the oldest dominant females which had a calf. Taking into account these results could be greatly improve the reintroduction and management of bison populations and, thereby, allow a better cohabitation with humans.