Mon projet d'enseignement scientifique

Présentez vos expériences et projets de recherche en rapport avec les fourmis. N'hésitez pas à solliciter l'aide de la communauté pour mener à bien vos expériences. C'est aussi l'occasion d'aborder les fourmis comme support pédagogique auprès des élèves d'école primaire.
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Patate-chan
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Message non lu par Patate-chan »

Au tout début de l'année, je vous avais demandé des idées au sujet du "projet expérimental" que je suis censée faire à la fin de ma première année d'enseignement scientifique (qui compte pour 8% du bac général). Mic m'avait alors donné une idée super intéressante que j'ai alors choisi. Le thème était "l'algorithme des fourmis". Je viens de le finir à l'instant et je me suis dit que si ça aide ou intéresse quelqu'un ça serait sympa de partager mon texte (il y a encore quelques erreurs et malheureusement la limite de temps m'empêche de proposer une véritable expérience scientifique). :-) Bref, voici la bête :

Introduction

Dans un monde où la navigation et l'orientation sont des défis constants, tant pour les humains que pour les animaux, les fourmis se distinguent par leur incroyable capacité à trouver leur chemin vers la nourriture et à revenir au nid, malgré les obstacles et les changements environnementaux. Cette capacité fascinante des fourmis à se repérer a depuis longtemps intrigué les scientifiques et a même inspiré des avancées dans des domaines tels que la technologie des GPS.

Avant l'avènement des GPS connectés, les instructions de navigation se limitaient souvent à des itinéraires statiques, sans tenir compte des perturbations temporaires telles que les travaux routiers ou les embouteillages. Toutefois, grâce aux recherches sur le comportement des insectes sociaux, en particulier les fourmis, les algorithmes de navigation ont connu une évolution remarquable. Ainsi, Comment les fourmis arrivent-elles à se repérer et comment les scientifiques s’en sont-ils inspirés ?

Communication et utilisation des phéromones chez les fourmis

Les fourmis communiquent principalement entre elles en utilisant une combinaison complexe de signaux tactiles, visuels et chimiques. Cependant, l'un des moyens les plus remarquables par lesquels les fourmis coordonnent leurs activités est l'utilisation de phéromones, des substances chimiques volatiles produites par les glandes spéciales présentes sur leur corps. Et c’est de celui-ci dont nous allons parlé.

Les phéromones peuvent jouer plusieurs rôles dans la vie sociale des fourmis. Lorsqu'une fourmi trouve une source de nourriture, elle revient au nid en laissant derrière elle une trace de phéromones sur son chemin. Ces phéromones agissent comme un signal pour indiquer aux autres membres de la colonie le chemin vers la nourriture dans ces moment la c’est le la pyrazine de formule C4H4N2 qui est utilisée. Elles fonctionnent également comme un moyen de marquage territorial, permettant aux fourmis de délimiter les frontières de leur territoire et de communiquer des informations sur les ressources disponibles. En cas d’attaque, c’est de l’acide formique qui est utilisée pour prévenir la colonie.

La concentration et la composition des phéromones varient en fonction du contexte et de l'objectif de la communication. Par exemple, les phéromones laissées par une fourmi qui a découvert une source de nourriture peuvent être différentes de celles utilisées pour marquer un chemin vers un nid ou pour avertir de dangers potentiels.

Plus la trace de phéromones est intense, plus elle est attractive pour les autres fourmis, qui la suivront pour trouver la source de nourriture. En suivant ces pistes de phéromones, les fourmis peuvent rapidement et efficacement localiser des ressources dans leur environnement, même dans des environnements complexes et changeants.

Cependant, les phéromones ne sont pas permanentes et s'évaporent avec le temps. Ainsi, leur efficacité diminue progressivement si elles ne sont pas régulièrement renforcées par de nouveaux dépôts de phéromones. Cela permet aux traces phéromoniques de s'adapter aux changements dans l'environnement et d'éviter que les fourmis ne suivent des chemins obsolètes ou inadaptés.

La communication par phéromones chez les fourmis est un exemple remarquable de coordination sociale et d'adaptation environnementale, offrant des perspectives fascinantes pour la compréhension des mécanismes comportementaux dans le règne animal et pour l'inspiration de nouvelles technologies et stratégies d'optimisation.

Protocole expérimental

Pour explorer le fonctionnement de l'orientation des fourmis et sa relation avec la communication par phéromones, une expérience a été menée dans un environnement contrôlé, utilisant une colonie de Messor barbarus, également connues sous le nom de "fourmis moissonneuses" puisque strictement granivores bien qu’elles ne soient pas contre quelques protéines. Pour que les résultats de l’expérience ne soient pas faussés, la colonie de 150 ouvrières n’a pas eu accès à des sources de protéines pendant une semaine afin que les fourmis soient intéressées pas la nourriture proposée. L'expérience a été réalisée dans un dispositif appelé ADC anagramme d'aire de chasse, un espace artificiel simulant un environnement naturel de nidification et de recherche de nourriture pour les fourmis.

Le protocole expérimental a débuté en plaçant de la nourriture telle que des vers de farine à l'extrémité la plus éloignée de l'entrée du nid dans l'aire de chasse donc à environ 15 centimètres du nid artificiel. Ensuite, la sources de nourriture a été déplacée à environ 6 centimètres de l’entrée du nid et nous avons pu observer comment se sont-elles adaptées. Je précise qu’il aurait été possible de seulement mettre des obstacles et voir comment les fourmis réagissaient Les déplacements des fourmis ont été observés et enregistrés à l'aide d'un chronomètre pour tenter d’observer le temps de création de la piste phéromonique et d’une caméra pour filmer les changements de direction et l'évolution du recrutement vers la source de nourriture.

Résultats

Les résultats de l'expérience ont révélé un schéma assez remarquable de comportement chez les fourmis. Initialement, une dizaine d'individus ont exploré l'environnement à la recherche de nourriture. Au bout de 10 minutes d'observation, 3 fourmis ont découvert le vers de farine découpé préalablement et deux d’entre elles sont retournées au nid pour signaler leur découverte en laissant derrière elles une piste de phéromones.

Environ 15 minutes après la découverte initiale, le nombre de fourmis sur la piste de phéromones avait doublé, indiquant un recrutement accru vers la source de nourriture. La concentration de phéromones sur la piste a également augmenté, accélérant le mouvement des fourmis vers la source de nourriture. Il est important de rappeler que l’expérience a été réalisée dans milieu restreint et petit, c’est pour cela que le recrutement est si rapide.

Après 20 minutes, la source de nourriture a été déplacée vers une nouvelle zone de l'aire de chasse plus proche du nid. Les fourmis ont rapidement ajusté leur trajectoire, suivant la piste de phéromones jusqu'à la nouvelle localisation de la nourriture. Dans les minutes suivantes, le nombre de fourmis sur la nouvelle piste de phéromones a augmenté, tandis que la concentration de phéromones sur l'ancienne piste diminuait progressivement. Après 7 minutes, ils ne restaient que deux fourmis sur l’ancienne piste tandis qu’il y en avait environ 5 sur la nouvelle.

Ainsi, en réponse à la détection d'une source de nourriture, les fourmis ont déployé une stratégie collective, basée sur le dépôt et la perception des phéromones, pour guider les membres de la colonie vers cette ressource. L'intensification de la concentration de phéromones sur la piste a stimulé un recrutement accéléré, illustrant la capacité des fourmis à ajuster leur comportement en fonction des signaux chimiques environnementaux. Lorsque la source de nourriture a été déplacée, les fourmis ont rapidement adapté leur trajectoire, suivant la nouvelle piste de phéromones pour atteindre la localisation actualisée de la ressource. Cette capacité d'adaptation démontre la flexibilité des stratégies comportementales des fourmis, leur permettant de maintenir une efficacité collective dans des environnements changeants.


Inspiration pour les scientifiques

L'étude du comportement des fourmis a inspiré les scientifiques à développer des algorithmes d'optimisation basés sur la communication par phéromones. Ces algorithmes, connus sous le nom d'optimisation par colonies de fourmis (ACO), ont trouvé des applications dans divers domaines, notamment la logistique, le routage de véhicules et même la conception de réseaux informatiques.

En imitant la façon dont les fourmis trouvent des chemins efficaces vers la nourriture en suivant des pistes de phéromones, les chercheurs ont pu développer des méthodes d'optimisation pour résoudre des problèmes complexes de manière efficace et adaptative comme par exemple avec les GPS.

Conclusion

En conclusion, l'expérience menée avec les Messor barbarus démontre l'efficacité de la communication par phéromones dans l'orientation des insectes sociaux. Cette capacité naturelle des fourmis à trouver des chemins efficaces a été une source d'inspiration majeure pour le développement d'algorithmes d'optimisation dans divers domaines.
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I-D-É-MYR.Dijon
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Re: Mon projet d'enseignement scientifique

Message non lu par I-D-É-MYR.Dijon »

Dans ton projet scientifique, Patate-chan, cites tu l'algorithme des aiguilles de Buffon qui est, quant à lui, appliqué par certaines espèces de fourmis dans l'évaluation d'un logis qu'elles pourraient occuper dans la perspective du déménagement de leur colonie devenue trop grande.

Il y a ensuite la loi Carrez qui s'applique aussi chez les insectes dits "eusociaux" creusant leurs chambres et galeries en fonction de leurs tailles respectives. Dans notre cas d'éleveurs de fourmis ayant l'intention de concevoir un nid artificiel pour les y introduire nous devons prendre en compte les mensurations propre à chaque espèce avant de creuser ses couloirs de circulation et ses nurseries, voire même ses greniers où stocker la nourriture.

Ces incroyables bestioles n'ont vraiment pas fini de nous étonner. :hihi:

:-? Et de nous faire cogiter en plus.
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RatumPafPAf
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Re: Mon projet d'enseignement scientifique

Message non lu par RatumPafPAf »

Pour certaines espèces ayant gardées leurs ocelles sur le sommet de la tête, l'orientation par rapport au soleil pour retrouver le nid en ligne droite une fois la chasse finit aussi. Il me semble que cela ressemble à de la triangulation.

Bref ! J'ai pris beaucoup de plaisirs, sur le fond et la forme, à lire ton projet.
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Mic
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Re: Mon projet d'enseignement scientifique

Message non lu par Mic »

Super !!! J'espère que tu auras une bonne note !
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Re: Mon projet d'enseignement scientifique

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Ah, un texte en bon français ! Première bonne chose.
De mon point de vue, par expérience, tout argument se devrait d'être justifié. Il y a des affirmations qui devraient renvoyer à un texte scientifique. Cela atteste des lectures autres que wikimachin pour chatgpt. Une publi institutionnelle on donne entre parenthèse l'auteur et l'année. Pour toi, afin de ne pas appesantir le propos, un chiffre en astérisque qui renvoie au papier serait suffisant.
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Re: Mon projet d'enseignement scientifique

Message non lu par I-D-É-MYR.Dijon »

Cataglyphis bombycina, la fourmi argentée du Sahara, navigue à la boussole parce que n'ayant pas cette particularité qu'ont les autres fourmis de tracer une piste chimique lorsqu'elle part en quête de proies mortes. De plus, il n'y a pas de repères visibles dans son environnement aride, ni végétaux ni reliefs, qui pourraient l'aider à s'y retrouver.

Lors du trajet pour aller chasser, l'ouvrière parcourt un trajet sinueux sur une distance maximum de 600 mètres. Mais les choses changent dès qu'elle a trouvé le cadavre d'un insecte grillé par la chaleur torride de la mi journée*. Là, elle file en ligne droite vers son nid avec son butin en n'effectuant plus qu'un parcours de 150 mètres.

* À ces heures caniculaires il n'y a pas de concurrents qui lui voleraient sa pitance, ils sont tous en train de "dormir" dans leurs nids.

Le repère immédiat qui lui permet de "retrouver" son chemin est le Soleil dont elle conserve un certain angle visuel pour maintenir son cap. C'est le principe de la navigation à l'aide d'une boussole. Elle posséderait même un dispositif anatomique interne mémorisant le nombre de pas effectués à l'aller (genre podomètre humain), puis à reproduire pour ne pas s'égarer en chemin lors de son retour chez elle.

À noter qu'elle ne tombe pas pile/poil sur l'entrée de son nid, mais dans ses parages immédiats. Ce qui n'est déjà pas si mal.

Et lorsque le Soleil est voilé par des nuages à son retour au bercail, elle "calcule" l'angle de polarisation de la lumière déviée par les particules en suspension dans l'atmosphère afin de poursuivre sa route normalement.

Il existe chez certaines espèces de fourmis adaptées à de telles conditions d'existence un organe sensoriel leur permettant de capter le magnétisme terrestre, l'organe de Johnston situé dans le (je crois) 3ème article de leurs antennes.

Les fourmis sont vraiment des créatures exceptionnelles ! *good*
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Re: Mon projet d'enseignement scientifique

Message non lu par Patate-chan »

Merci énormément à chacun d'entre vous pour toutes vos remarques et compliments :hihi: , je vais pouvoir rajouter quelques détails qui feront la différence !
Merci pour la première référence @I-D-É-MYR.Dijon, je vais le rajouter tout de suite.

J'avoue que puisque c'est le sujet que j'ai choisi, j'ai préféré faire la majeure partie du travail bien que l'on soit en groupe de 4. Normalement l'un de mes camarades devraient étoffer la partie sur "comment les scientifiques s'en sont-ils inspirés".

@babel merci beaucoup pour ta remarque ! Enfaite, je suis accompagnée d'un power point pour m'appuyer sur certains articles universitaires donc normalement c'est plutôt complet mais je vais tout de même vérifier si je ne peux pas rajouter quelques éléments *good* .
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Re: Mon projet d'enseignement scientifique

Message non lu par RatumPafPAf »

I-D-É-MYR.Dijon a écrit : dim. 5 mai 2024 12:14 Cataglyphis bombycina, la fourmi argentée du Sahara, navigue à la boussole parce que n'ayant pas cette particularité qu'ont les autres fourmis de tracer une piste chimique lorsqu'elle part en quête de proies mortes. De plus, il n'y a pas de repères visibles dans son environnement aride, ni végétaux ni reliefs, qui pourraient l'aider à s'y retrouver.

Lors du trajet pour aller chasser, l'ouvrière parcourt un trajet sinueux sur une distance maximum de 600 mètres. Mais les choses changent dès qu'elle a trouvé le cadavre d'un insecte grillé par la chaleur torride de la mi journée*. Là, elle file en ligne droite vers son nid avec son butin en n'effectuant plus qu'un parcours de 150 mètres.

* À ces heures caniculaires il n'y a pas de concurrents qui lui voleraient sa pitance, ils sont tous en train de "dormir" dans leurs nids.

Le repère immédiat qui lui permet de "retrouver" son chemin est le Soleil dont elle conserve un certain angle visuel pour maintenir son cap. C'est le principe de la navigation à l'aide d'une boussole. Elle posséderait même un dispositif anatomique interne mémorisant le nombre de pas effectués à l'aller (genre podomètre humain), puis à reproduire pour ne pas s'égarer en chemin lors de son retour chez elle.

À noter qu'elle ne tombe pas pile/poil sur l'entrée de son nid, mais dans ses parages immédiats. Ce qui n'est déjà pas si mal.

Et lorsque le Soleil est voilé par des nuages à son retour au bercail, elle "calcule" l'angle de polarisation de la lumière déviée par les particules en suspension dans l'atmosphère afin de poursuivre sa route normalement.

Il existe chez certaines espèces de fourmis adaptées à de telles conditions d'existence un organe sensoriel leur permettant de capter le magnétisme terrestre, l'organe de Johnston situé dans le (je crois) 3ème article de leurs antennes.

Les fourmis sont vraiment des créatures exceptionnelles ! *good*

Justement je pensais à ce reportage de la BBC que j'ai regardé récemment ainsi qu'au sujet de thèse du Le Tillythropode il me semble:
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Re: Mon projet d'enseignement scientifique

Message non lu par natant »

Super rédaction !!Bravo !
éleveur comblé de Crematogaster scuttelaris, Lasius niger, Lasius emarginatus, temnothorax sp. et Camponotus nicobarensis :mrgreen: \o/

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