Les termites façonnent leur termitière et la termitière les façonnent à leur tour

Les projets de construction de termites n’ont ni architectes, ni ingénieurs, ni contremaîtres. Pourtant, ces insectes de la taille d’un centimètre construisent des structures complexes, qui peuvent atteindre un mètre, partout dans le monde.

Des chercheurs de l’École d’ingénierie et desciences appliquées de Harvard John A. Paulson et du Département de biologie organismique et évolutive ont développé un modèle simple qui montre comment des facteurs environnementaux externes tels que les variations de température diurnes, déterminent les flux d’air internes dans le monticule. À mesure que l’air se déplace dans le monticule, les phéromones véhiculées dans ces flux déclenchent un comportement de construction chez les termites individuels, qui réagissent en modifiant l’architecture du monticule. Ces modifications, à leur tour, modifient les flux internes dans un cycle de retour continu.

La différence de formes des termitières

Le modèle explique comment les différences environnementales entraînent la morphologie distincte des termitières en Asie, en Australie, en Afrique et en Amérique du Sud. Ce nouveau cadre montre comment de simples règles reliant physique de l’environnement et comportement animal peuvent donner naissance à des structures complexes. Il met en lumière des questions plus vastes d’intelligence distribuée et peut servir d’inspiration pour concevoir une architecture humaine plus durable. La recherche est publiée dans la revue PNAS.

Notre cadre supprime la barrière artificielle entre les systèmes vivants et non vivants en nous concentrant peut-être sur l’exemple le plus connu d’architecture animale, les termitières, selon L. Mahadevan, professeur de mathématiques appliquées et auteur principal de l’étude. Comme Winston Churchill l’a dit un jour : Nous façonnons nos bâtiments et par la suite ils nous façonnent. Nous pouvons quantifier cette affirmation en montrant comment des structures complexes apparaissent en associant la physique de l’environnement à de simples comportements collectifs à des échelles beaucoup plus grandes qu’un organisme.

Un système de ventilation sophistiqué

Même s’ils ressemblent à des complexes d’appartements, les termitières servent de système de ventilation pour la colonie qui vit dans les profondeurs de la terre. Dans des recherches antérieures, Mahadevan et son équipe ont découvert que les changements de température extérieure tout au long de la journée entraînent des modifications du débit d’air, de la température et de l’humidité dans la termitière.

Ces changements dans le flux d’air transmettent des odeurs contenant des informations aux termites à l’intérieur du monticule. Ces nuages ​​d’informations, composés de phéromones et de gaz métaboliques tels que le dioxyde de carbone, indiquent aux termites où ajuster le monticule. Si, par exemple, une section du monticule est trop chaude, ce changement de température déclenchera une modification du débit d’air, ce qui entraînera des signaux de construction pour les travailleurs à proximité. Les termites suivront leurs sens dans cette section et ajusteront le monticule pour réduire la température. Ce changement de température va changer le flux d’air et les termites vont changer leur comportement.

Un comportement intriqué entre les termites et leur termitière

En quantifiant cette boucle de rétroaction, le modèle développé par le groupe Mahadevan présente une description minimale qui capture les caractéristiques essentielles de la morphogenèse des monticules et génère un large éventail de morphologies typiques des monticules.

Le large éventail de formes et de tailles de monticules de termites prédit par notre modèle reflète la diversité des morphologies de monticules observées dans la nature selon Alexander Heyde, Ph.D. de Harvard et co-premier auteur de l’étude. Certains termitières sont élevées et étroites, alors que d’autres sont petites et compactes. En fonction des paramètres physiques et comportementaux en jeu, les monticules de différentes espèces de termites peuvent être remarquablement différents.

Notre modèle apporte une réponse simple à une question de longue date concernant l’écologie contre les termites, un domaine qui inspire et informe déjà les communautés interdisciplinaires d’ingénierie bio-inspirée et d’intelligence distribuée. Cette recherche nous incite à apprendre à construire des architectures durables qui exploitent, plutôt que de lutter contre les variations naturelles de notre environnement selon Mahadevan.

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