Au cours de ce travail de thèse ont été développés des outils théoriques (simulation) et expérimentaux (tracking) d’investigation des mécanismes sous-jacents aussi bien aux phénomènes de choix collectifs d’exploitation de sources de nourriture qu’à la gestion collective de cette dernière lors de la constitution des stocks de nourriture au sein d’une colonie de fourmis. Un premier volet de mon travail a concerné l’influence des caractéristiques physiques de l’environnement extérieur à la colonie sur les choix collectifs des fourmis en termes d’exploitation de ressources alimentaires. A la sortie du nid, les fourmis montrent une nette préférence pour un chemin ascendant plutôt que descendant vers des sources de nourriture pourtant identiques. Ce choix s’explique notamment par un mécanisme de demi-tour au niveau individuel face à une pente descendante dont l’effet est renforcé par des feedbacks positifs inhérents au phénomène de recrutement. Les capacités d’orientation et d’intégration du parcours entre le nid et la source de nourriture ont également été testées. Un chemin menant du nid à la source de nourriture selon une trajectoire parfaitement rectiligne est largement plus emprunté qu’un chemin impliquant un angle (135°) à mi-parcours bien que la distance absolue entre le nid et les deux sources de nourriture soit identique. Ce choix est expliqué par des durées de trajets de retour au nid plus longues sur le chemin avec un angle que celles sur le chemin rectiligne, conséquence de désaccords entre la direction à emprunter pour retourner au nid et le phénomène d’intégration de chemin observé chez les fourmis. Un second volet de ma thèse a été consacré à l’étude des dynamiques et régulations à l’oeuvre au sein des phénomènes de dissémination collective et d’accumulation de nourriture au niveau intranidal. Ces questions ont été abordées par des méthodes d’analyses complémentaires mêlant des approches théoriques et expérimentales ayant permis d’établir les liens entres les hétérogénéités comportementales au niveau individuel et les résultantes de ces comportements au niveau collectif. Le marquage individuel des fourmis à l’aide d’une méthodologie également développée au cours de cette thèse, a permis la construction du réseau de trophallaxies au sein deux espèces de fourmis. Malgré des différences au niveau biologique, celles-ci présentent des similarités comportementales :chacune montre une nette hétérogénéité interindividuelle dans le niveau de participation à l’activité de dissémination de la nourriture dans le nid. Des simulations basées sur les données expérimentales montrent que ces hétérogénéités individuelles conduisent à l’émergence d’un réseau de diffusion de nourriture plus efficient que si la colonie était parfaitement homogène. De plus, il a été montré que la structure des réseaux de distribution de nourriture après une longue période d’affamement n’est pas affectée par la qualité de la nourriture, suggérant une résilience des structures fondamentales de l’organisation sociale face à la variabilité des ressources. Ainsi ce travail, par son approche complémentaire entre modélisation fonctionnelle et expérimentation se veut également être une synthèse et une intégration de l’essentiel des connaissances actuelles des lois régissant la gestion collective des ressources alimentaires chez les fourmis. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours de cette thèse, des outils théoriques (simulation) et expérimentaux (tracking) ont été développés afin d’établir les mécanismes sous-jacents aux phénomènes de choix collectifs d’exploitation de sources de nourriture et à la gestion collective des stocks de nourriture constitués au sein d’une colonie de fourmis. Le premier volet de mon travail révèle l’influence de caractéristiques physiques (telles que l’angularité et la topographie) des pistes entre le nid et les sources de nourritures, sur les comportements des fourmis au niveau individuel et leur résultante au niveau collectif en termes d’exploitation de ressources alimentaires. Le second volet de ma thèse est consacré aux dynamiques et régulations à l’œuvre au sein des phénomènes de dissémination collective et d’accumulation de nourriture au niveau intranidal. Les réseaux de distributions et d’échanges, reconstitués chez différentes espèces grâce à un marquage individuel et dans différents contextes montrent des similarités inattendues, notamment en termes d’hétérogénéités interindividuelles et de robustesse face à la variabilité des ressources. / During my PhD I have developed theoretical (simulation) and experimental (tracking) tools to investigate the mechanisms underlying the collective food source choice as well as collective food management at the intranidal level in ants. A first part of my thesis reveals the influence of the physical (and in particular the angularity and the topography) properties of the trail to the food source on the ant behavior at the individual level and its resulting food source choice/exploitation at the collective level. The second part of my thesis is dedicated to the dynamics of the food flow entering the nest, its regulation and the food dissemination/accumulation processes at the intranidal level through trophallaxis (mouth-to-mouth fluid exchange). The networks of food distributions and exchanges were built for two ant species in various experimental conditions. Interestingly, all theses networks show several similar properties, such as a high degree of heterogeneity in the individual participation to the food exchange activity as well as a robustness facing environmental variabilities.

L’exploitation collective de ressources par les sociétés animales repose sur la coopération et la coordination des membres du groupe. Selon la structure sociale des espèces envisagées, leurs comportements collectifs seront dictés par quelques individus imposant leurs choix ou au contraire impliqueront tous les membres du groupe. Chez la fourmi Tetramorium caespitum, la récolte de nourriture repose à la fois sur le dépôt d’une piste de phéromone chimique commune lors du retour des ouvrières vers le nid et sur le recrutement de groupe de congénères guidés par des individus leaders jusqu’à la source de nourriture. Cette espèce nous donne donc l’opportunité d’étudier un système de recrutement couplant des mécanismes décentralisés à la présence d’individus leaders.<p>Nos observations montrent que le recrutement de groupe est lié à une forte motivation de certaines ouvrières à exploiter une source de nourriture découverte. Lorsqu’elles recrutent un groupe, elles passent peu de temps à l’intérieur du nid mais effectuent un taux élevé de contacts avec leurs congénères, principalement à l’entrée du nid, avant de repartir en direction de la nourriture, suivie par le peloton de fourrageuses. Durant le trajet, si une trajectoire rectiligne et une faible vitesse de déplacement favorisent la probabilité des recrutées d’atteindre la source, la perte de recrutées n’entraîne cependant aucune modification du comportement de la meneuse. Enfin, un suivi individualisé des fourrageuses au cours du recrutement montre que la probabilité d’être observée en tant que leader est répartie de manière homogène entre les individus découvrant la source de nourriture, sans influence du nombre de trajets qu’elles ont déjà effectués.<p>Par ailleurs, nous avons étudié l’influence des leaders sur les choix collectifs de la colonie. Les leaders modulent les caractéristiques du recrutement -­-fréquence des groupes, tailles des groupes-­- en fonction des caractéristiques de la source exploitée. Grâce à un modèle multi-­-agents, nous avons démontré que cette modulation du recrutement permet à la colonie entière de focaliser son effort d’affourragement sur la nourriture la plus avantageuse lorsque plusieurs sources sont disponibles dans l’environnement. Enfin, nous avons développé un modèle mathématique décrivant le couplage du recrutement de groupe et du dépôt d’une piste chimique. Grâce à l’étude des états stationnaires de ce modèle, nous avons démontré que la présence des leaders est un élément indispensable à l’initiation de l’exploitation collective d’une ressource chez T. caespitum. Ainsi, les leaders de groupe permettent d’atteindre plus aisément un nombre seuil d’ouvrières à la source qui soit suffisant pour permettre l’émergence d’une piste chimique commune assurant à elle seule un recrutement de masse. Les résultats de cette thèse placent dans une nouvelle perspective notre vision des phénomènes de leadership chez les insectes sociaux. A l’échelle individuelle, ils mettent en évidence le statut temporaire de ces leaders chez Tetramorium caespitum basé sur leur propre motivation et les conditions locales du recrutement ;à l’échelle collective, ils soulignent le rôle complémentaire et facilitateur des leaders qui vont permettre l’émergence de structures auto-­- organisées impliquant l’ensemble de la fourmilière. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished