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La théorie de la matière active explique le comportement des groupes de fourmis de feu

Les fourmis sont des insectes sociaux et l’espèce Solenopsis invicta – connue sous le nom de fourmi de feu – ne fait pas exception. Les interactions sociales de cet insecte envahissant, originaire d’Amérique du Sud, sont encadrées dans le contexte de la théorie de la matière active, qui expliquerait le comportement de groupe des fourmis en réaction aux mécanismes intrinsèques du système. C’est l’une des conclusions de l’article publié dans la revue Science Innovations par les chercheurs Alberto Fernández-Nieves et Caleb Anderson, de la Faculté de physique de l’Université de Barcelone, et Guillermo Goldsztein, du Georgia Institute of Engineering (États-Unis)..

L’étude révèle que la densité est essentielle pour que les fourmis connaissent des cycles d’activité et subissent des périodes au cours desquelles le groupe d’insectes se déplace collectivement. Dans des disorders de forte densité, ces cycles d’activité se manifestent de manière surprenante lorsque la communauté de fourmis s’organise en colonne verticale, créant des ondes d’activité qui se propagent vers le haut.

La fourmi de feu comme modèle en physique

La fourmi de feu, hyménoptère à haut pouvoir de reproduction et de dispersion, a été utilisée comme modèle de référence pour l’étude des systèmes actifs à haute densité. Dans des disorders différentes,: le groupe de fourmis passe d’une problem où de nombreuses fourmis sont immobiles à une problem dans laquelle pratiquement toutes les fourmis bougent.

« Étudier des systèmes actifs denses dans un laboratoire n’est pas anodin. D’un level de vue physique, les fourmis sont considérées comme des particules actives qui utilisent l’énergie chimique pour se déplacer. Elles peuvent être facilement concentrées pour créer un collectif dense que nous pouvons utiliser pour répondre aux inquiries de matière active. note Alberto Fernández-Nieves, professeur à l’ICREA au Département de physique de la matière condensée et à l’Institut des systèmes complexes de l’UB (UBICS).

La matière lively, en particulier, est basée sur des particules qui peuvent s’autopropulser et qui, par conséquent, se déplacent en raison de la consommation locale d’énergie, contrairement aux systèmes atomiques ou colloïdaux, dont les constituants se déplacent en fonction de la température.

De l’attirance sociale au comportement collectif

Deux grands comportements émergent dans la matière active : le leading est la changeover vers un état dans lequel l’ensemble des particules se déplace dans la même course (manner collectif), un comportement généralement lié aux volées d’oiseaux et aux bancs de poissons. L’autre se manifeste lorsque la motilité des particules diminue avec leur length de séparation des paires. Dans ce cas. elles arrêtent de bouger, un résultat qui peut être compris comme une attraction entre elles. Dans certaines problems, cette attraction peut conduire à la formation d’agrégats, et dans certains cas, à la séparation d’une period formée de fourmis immobiles et d’une stage formée de fourmis en mouvement.

Selon l’étude, la densité est cruciale pour que le collectif de fourmis alter entre ces comportements. “Avec une densité plus faible, la phase que nous observons est celle liée aux points of interest sociales”, précisent les auteurs. “Les modifications de la stage de mouvement collectif ne sont observées que lorsque la densité est suffisamment élevée. Cela explique pourquoi les ondes sont toujours générées près de la foundation des colonnes de fourmis, là où la densité est plus élevée.”

L’étude indique que l’attraction sociale des fourmis – c’est-à-dire leur conversation – peut être expliquée comme un phénomène induit dû à une diminution de la motilité avec la séparation fourmi-fourmi. Cependant, aux fortes densités, cette attraction disparaît et la communauté de fourmis adopte un mode de groupe collectif qui se traduit par des vagues d’activité qui se propagent vers le haut.

“Ces ondes de densité et d’activité reflètent que les états des cycles d’activité dans lesquels toutes les fourmis se déplacent correspondent à une stage collective, qui est similaire à la stage organisée décrite, par exemple, dans des volées d’oiseaux, des bancs de poissons ou des groupes ( meutes ou troupeaux) d’animaux », notent les industry experts.

Manner collectif des fourmis dans l’environnement

Dans la nature, le method collectif des fourmis de feu peut être observé dans différentes problems. Ces insectes, qui viennent d’une zone de pluies et d’inondations abondantes, ont évolué pour surmonter ces épisodes extrêmes à travers ces cycles d’activité.

“Afin de survivre à ces phénomènes, les fourmis de feu construisent des radeaux dans lesquels tous les individus se regroupent par conséquent, la densité du radeau est élevée. Selon des études antérieures, lorsqu’elles sont dans les radeaux, les fourmis subissent des périodes d’inactivité où la forme de le radeau est circulaire, et d’autres dans lesquels il y a furthermore de mouvement. Dans ce dernier cas, la forme du radeau se caractérise par la development de protubérances collectives en forme de doigt », notent les auteurs.

Pendant les périodes d’inactivité, le radeau se comporterait comme un solide élastique, ce qui aide à résister à l’impact des objets emportés par la pluie. Dans le même temps, la development de la forme en forme de doigt permet aux fourmis de rechercher un sol solide. S’ils le trouvent, ils migrent vers la terre, et s’ils ne le font pas, ils se regroupent à nouveau et continuent ces cycles de temps en temps jusqu’à ce qu’ils le trouvent.

“Par conséquent, nous pensons que les périodes de mouvement impliquant la formation de doigts sont similaires au method collectif que nous observons dans nos expériences et qui génère les ondes de fourmi dans les colonnes verticales”, concluent les auteurs.

Matière active et systèmes hors équilibre

Les variants de l’état d’agrégation des fourmis ont des implications sur les propriétés des matériaux. Les auteurs expliquent que dans des études antérieures, ils « ont constaté que les propriétés mécaniques changeaient drastiquement en fonction de l’état du collectif de fourmis. Dans les phases dominées par l’attraction, le comportement était similaire à celui d’un solide élastique. En revanche, dans les phases actives, la communauté se réorganise au niveau des particules pour couler quelque peu comme un liquide.”

“Si elle est analysée comme un matériau actif, la communauté des fourmis peut modifier le comportement mécanique en modifiant leur activité. En science des matériaux, cela est généralement réalisé en modifiant la construction du matériau. Dans le cas des fourmis, cela peut se produire en étant loin de l’équilibre. qui passe spontanément du liquide au solide. En ce sens, et malgré sa complexité, le Terminator du film est aussi une matière active”, concluent les chercheurs.