Bonjour à tous.
Nous sommes deux élèves de 1èreS2 au lycée Alain Borne,
BEYSSON Thibault et MONNIER Clément.
Nous avons décidé d'utiliser le moyen de communication qu'est le blog pour tenir compte de notre TPE.
Il comprendra de nombreuses informations sur la communication chez les fourmis et l'ensemble nos travaux.
Maintenant place à notre TPE.

On retrouve des fourmis partout. Depuis les jungles équatoriales jusque sous le soleil ardent du Sahara en passant par les zones tempérées ... elles sont présentes partout ! Seules quelques îles du Pacifique et le continent Antarctique sont vierges de cette espèce fortement intéressante et étonnante. En effet, la population myrmécéenne est fascinante : on apprend que certaines possèdent un des poisons le plus puissant du monde capable de tuer un homme, que certaines font de l'élevage, ou même de la culture de champignons, et d'autres se livrent des batailles épiques...Les fourmis n'existent que par leur appartenance à la fourmilière. Chaque fourmi est incapable de raisonnement individuel mais en groupe elles peuvent faire face au problème les plus contraignants. Grâce à une intelligence de groupe elles ont bâti un véritable empire constitué de fédérations de colonies ou de super-cités monumentales. Chaque espèce possède ses outils pour survivre sur Terre, et des espèces, il y en a ! On en a dénombré environ 12.000 espèces dans le monde et 180 en France. Les fourmis représenteraient quand même 75% de la biomasse des insectes.

Si on regarde une fourmilière, ça grouille dans tous les sens, avec beaucoup de désordre. Mais en fait, si on regarde mieux, on voit que ce n'est pas si désorganisé que cela. Aucune fourmi ne se cogne, elles suivent des chemins précis. Le fait de vivre dans une société entraine forcement un moyen de communication développé tel que le langage chez les humains. Seulement nous savons que les fourmis ne possèdent pas de cordes vocales.Nous en venons donc a cette question :

" Qu'est-ce qui permet aux fourmis de communiquer entre elles ?"

(cliquez sur le schéma pour l'agrandir)

Nous émettons plusieurs hypothèses sur le moyen de communication chez les fourmis:

-La vue: Les fourmis voient l'objectif à atteindre et vont dans cette direction.
-l'odorat: Les fourmis reconnaissent une odeur caractéristique de leur objectif qui leur permet de l'atteindre.
-Une piste: Les fourmis suivraient une piste chimique établie au paravant par une autre fourmi.

Nous avons décidé de mettre en évidence la communication des fourmis par l' expérience présentée ci dessus.
L'experience consiste à laisser se créer une chaîne de fourmis entre leurs nid et la nourriture, de placer un papier entre les deux puis de le décaler comme sur le schéma numéro 1.

Observations
Une fourmi s'engage et arrive à l'endroit où nous avons placé de la nourriture,elle empreinte le même chemin qu' à l' aller et repart vers son nid. Ensuite elle revient vers la source de nourriture avec d'autres ouvrières.Il se crée une chaine depuis la nourriture jusqu' au nid qui empreinte le chemin parcouru initialement par l'exploratrice. Ce chemin passe le long de notre papier.
Ensuite on décale le bout de papier sans déplacer la nourriture. On observe que les fourmis continue de marcher sur le papier ne menant plus à la nourriture. ( schéma n°2)

Interprétation
Le fait qu'elles forment une chaine qui ne prend pas forcement le chemin le plus court et le fait que lorsque l'on décale le bout de papier vers une zone qui ne mêne à rien, elles continuent à parcourir le même chemin sont deux élements qui montrent bien que les fourmis n'atteignent pas la nourriture grâce à leur vue car sinon elles continueraient d' aller dans la même direction. L'hypothèse de l' odorat n'est pas envisageable pour les mêmes raisons.
C' est donc l' hypothése de la piste qui se confirme. En effet, le chemin présent sur le papier sous forme de phéromones permet aux fourmis de suivre un chemin défini.
Nous allons maintenant voir comment ces phéromones sont produites et interprétées.

(cliquez sur le schéma pour l'agrandir)

II. Comment sont elles produites et interprétées

1) Morphologie de la fourmi

Le corps des fourmis, long de 0.8 à 30 mm de long, et recouvert d'une carapace résistante et imperméable appelée cuticule constituée de chitine ( même matière que les ongles et les cheveux humain).Leur corps est aussi recouvert de petits poils. Leur corps est divisé en 3 partie : tête, thorax et abdomen.
Le thorax portent 3 paires de longues pattes terminées par 2 griffes. Les fourmis sexuées, c'est-à-dire capable de se reproduire, possèdent aussi une paire d'ailes ( les ouvrières n'ont pas d'ailes ).
L'abdomen est relié au thorax par une étroite pétiole. Il renferme l'estomac, l'intestin, le cœur, les conduits respiratoires et chez les sexués l'appareil reproducteur. Il renferme aussi un estomac un peu spécial, le "jabot social", qui est un organe permettant une réserve de nourriture qui peut être régurgitée et transmise à une autre fourmi. Cette action est appelée la trophallaxie.
La tête porte les mandibules permettant de saisir ou broyer des aliments et la mâchoire permettant de manger. Mais la tête possède aussi les organes sensoriels : les yeux à facettes permettant une large vision à 180°, les ocelles chez les sexués qui sont des capteurs infra-rouges permettant de distinguer les sources de chaleurs, mais aussi les antennes. Elles sont composées de plusieurs segments et recouvertes de cils tactiles (=les sensilles).Grâce aux sensilles qui recouvrent les antennes, la fourmi peut percevoir des dizaines d’informations comme l’odeur, la texture, le goût d’un objet qui peut être une autre fourmi par exemple. Ces organes sensoriels que sont les antennes sont constitués de 11 segments. Le premier est long et le deuxième forme un coude. Les 9 autres sont de plus petite taille. Mais les antennes servent aussi à interpréter les phéromones.

(cliquez sur la photo pour l'agrandir)

2) Des glandes à l' origine de la production des phéromones
Les phéromones non-propres aux insectes sont formées ( chez les fourmis) d’hydrocarbures cuticulaires, il porte à la fois l'information sur l'espèce, la société, la caste et le stade de développement auxquelles appartiennent les individus rencontrés : c'est une véritable carte d'identité génétique. C'est en sécrétant cette substance qu'une fourmi peut avertir la présence de nourriture ou un danger, ainsi que de sa localisation. Ce système de communication très sophistiqué est produit dans des glandes.

En voici quelques unes :



Glande mandibulaire : production de phéromone indiquant un danger
Glande Dufour : déposer une phéromone piste traçant un chemin ( durée de vie 100 secondes)

Glande à venin : production de venin
Glandes pygidiale : production de phéromones « fuites » et « avertissement »

Les antennes servent à l'interprétation des phéromones. En effet lorsque une molécule arrive à portée d'antennes, la fourmi la capte en les faisant osciller jusqu'à reconstituer la "phrase" et ainsi réagir en fonction de cette dernière. Les antennes possèdent , en général, 11 segments visibles sur cette photo. Ces segments sont recouverts de cils tactiles. Ce sont les cils tactiles qui permettent à la fourmi de capter des dizaines d' informations ( phéromes mais aussi tactiles). Le premier segment est long et appelé scape, le second est en forme de coude : il a un rôle de "charnière". Les autres sont plus petits. Chaque segment capte un type de phéromones ou plusieurs.

(cliquez sur le schéma pour l'agrandir)

III.Fonctions des phéromones dans la société fourmi

1) Quelques exemples de molécules

Les phéromones pistes
Les fourmis utilisent des sortes de routes pour se déplacer, ce sont les phéromones pistes. Elles s'orientent avec des substances chimiques et suivent certaines règles de bases.
Premièrement, dès que les exploratrices trouvent une source de nourriture elles le signalent et peuvent même juger la qualité de celle-çi dans leurs messages chimiques.
Enfin les fourmis qui transportent la nourriture, repasse par les chemins des exploratrices et émettent le même message tant que la source fournit de la nourriture.

Voici quelques exemples de molécules de phéromones pistes chez différentes espèces:
- chez les fourmis coupeuses ( molécule n°1)
- chez les fourmis rouges ( molécule n°2)

Les phéromones d' alarme
Il existe aussi des phéromones d'alarme qui sont des substances volatiles secrétées par une fourmi ayant détecté un danger ou un ennemi proche. Elles sont capitales pour la survie de la fourmilière comme pour mobiliser rapidement toutes les fourmis soldats en cas de danger. Elles se différencient en quatre types:
- Premier type: éveil des fourmis et agitation de leurs antennes pour découvrir la source du problème.
- Deuxième type: excitation chez les fourmis qui se mettent à courir à la recherche du danger.
- Troisième type: Les fourmis affluent vers la zone de trouble en attaquant tout corps étranger au nid.
- Quatrième type: Augmentent les pulsations agressives et les poussent au sacrifice en plein combat.
Ces quatres phéromones se différencient par leurs composition chimique propre à chacune et de leur vitesse de diffusion dans l'air. Ainsi les phèromones d'alarme déclenchent comme leur nom l'indique l'alarme dans le nid . Leur libérations se traduit par une agitation et un comportement agressif temporaire des fourmis environnantes.
Exemple : molécule d' alarme chez les fourmis coupeuses (molécule n°3)

Les phéromones passeport
Les fourmis portent des phéromones imprégnées sur leur cuticule, ce sont les phéromones passeports qui permettent de différencier les fourmis selon leur nid. Ce sont des sortes de cartes d'identité très sophistiquées qui permettent à d' autres fourmis de connaitre par simple contact antennaire de nombreuses informations sur la fourmi qui se trouve devant elle comme l'espèce, le nid, la caste, ou le stade de développement...
Chaque nid possède sa propre odeur, cela permet comme chaque colonie de reconnaitre ses camarades, ses alliées et les intrus. Exemple : molécule passeport chez les fourmis myrmica (molécule n°4)

2)Autres modes de communications

On reconnait aussi d'autre modes de communications.

Communication sonore :
Emission sonore avec organes stridulatoires :
Le signal sonore est à l’origine d’un crissement aigu, dû aux frottements d’un mince grattoir situé sur sa taille, contre un plateau de fines crêtes parallèles, situé sur la surface adjacente de l’abdomen.
Cette stridulation (comme l’ont définit les scientifiques) peut remplir différentes fonctions, selon l’espèce et les circonstances :

- Signal de détresse :
Lorsqu’il pleut, et qu’une ouvrière est en danger (suite à un éboulement des galeries de la fourmilière, par exemple), c’est ce signal de détresse émis par l’ouvrière, et qui se propage dans le sol, qui va permettre l’aide d’autre fourmis. La réception de ce type de message, est perçu par l’intermédiaire des pattes des fourmis, qui sont de véritables détecteurs ultra sensibles aux vibrations du sol, d'ailleurs, on sait que les fourmis réagissent très peu aux vibrations transmises par l'air, celles transmises par le sol sont beaucoup plus efficaces.

- La qualité de l’alimentation :
Il faut savoir que les ouvrières sont très difficiles quant aux choix des végétaux à récolter. Ainsi, dès qu’une fourmi récolteuse repère, par exemple, une feuille désirable, elle se met à "chanter" dans le but d’attirer ses sœurs, et de les renseigner sur la qualité de la nourriture. En effet, l’intensité de la vibration émise, dépend de la valeur nutritive de la nourriture.

- Un signal de renforcement :
Les fourmis du désert "Aphenogaster", crissent lorsqu’elles ont trouvé un aliment de grande taille, afin d’obtenir l’aide de ses sœurs.

Emission sonore sans organes stridulatoires :
- Un signal de danger :
Certaines espèces de fourmis, lors d’un éventuel danger, frappent leurs têtes sur une surface dure, permettant ainsi la propagation d’un message, qui va alerter ses congénères. Pour donner l’alerte, d’autres espèces se servent de leur abdomen pour frapper les parois de la fourmilière.
La fourmi Camponotus ligniperda, par exemple, frappe le sol alternativement avec les mandibules et l'extrémité de l'abdomen quand elle est dérangée, ce qui excite les congénères qui deviennent beaucoup plus agressifs.


Communication tactile :

Chez la plupart des espèces, certains types de messages, simples et directes, sont transmis par rapport physique, comme par attouchement, tapotement ou bien, effleurement.

Une grande majorité, de ce type de communication, est réalisée par l’intermédiaire des antennes (qui sont sensibles au toucher). En effet, prenons l’exemple des fourmis tisserandes :

Lorsqu’elles utilisent les larves pour coudre les feuilles entre elles, lors de la construction de la fourmilière, c’est en faisant vibrer l’extrémité de ses antennes autour de la tête de la larve une dizaine de fois, que la larve sécrète de la soie. On peut citer aussi le contact des antennes sur les pucerons, qu'elles élèvent, lui faisant expulser un liquide sucrée le miellat.

Toutefois, la communication par l’intermédiaire des pattes, reste aussi très fréquente et de nature souvent utile. Ainsi, une ouvrière peut amener une autre fourmi à régurgiter de la nourriture liquide en étendant une patte antérieure sur le labium (segment céphalique qui correspondrait à la langue chez l’homme), provoquant de ce fait, un réflexe vomitif dont l’autre fourmi peut profiter. (=Trophallaxie).

Communication visuelle :
La communication visuelle qui était une des formes couramment utilisées au stade primaire de l’évolution, est de moins en moins utilisé ; Ceci du fait de l’évolution considérable des fourmis qui implique une communication plus efficace. Cependant certaines espèces s’en servent encore pour des situations bien particulières :

- Chez les tisserandes, lorsque la fourmilière veut construire un nouveau nid, chaque fourmi se déplace individuellement sur le pourtour des feuilles, s’arrêtant de temps à autre pour tirer sur le bord. Puis, lorsqu’une fourmi parvient à recourber sa feuille, ceci va être un signe pour les fourmis des alentours (voyant la scène), d’un premier succès, qui va amener les autres fourmis à venir aider. Puis, au fur et à mesure que la feuille se recourbe un nombre croissant de fourmis vont venir donner de l’aide. (voir photographies)

- Chez d’autres espèces, lorsque une ouvrière tombe sur de trop grosses graines, elle tourne frénétiquement autour de celle-ci jusqu’à ce que d’autres ouvrières la voient.

(cliquez sur la photo pour l'agrandir)

La fourmi est une créature intéressante pour les multiples raisons que nous avons découvert lors de nos recherches sur sa morphologie, ses capacités physiques ( cet insecte est capable de supporter 100 fois son poids suspendu à l' envers sur une surface lisse et de supporter une centrifugation égale à 10 fois la pesanteur sur Terre, ce qui tuerait un homme) mais aussi les caractéristiques des différentes espèces .
La fourmi est vraiment un insecte social, ce que nous avons pu observer lors des expériences réalisées par nous mêmes ou par des scientifiques. Le moteur social de la fourmilière est la communication, un don pour les fourmis qui forment et interprètent des odeurs comme un véritable langage. En plus des phéromones qui leur permettent de tracer une piste pour retrouver de la nourriture, ou déclencher une alarme, ou même assurer la reproduction et la pérénité de l'espèce, elles possèdent de nombreuses "armes" chimiques: l'acide formique, le venin, les repoussants...

Les substances chimiques des fourmis ont chacune un rôle particulier, que ce soit d'attirer une congénère ou paralyser un ennemi, mais elles sont toutes indispensables à la cohésion de la fourmilière. En possédant un tel langage les fourmis ont pu fonder une immense civilisation; il suffit d'observer une supercolonie pour être en admiration devant ces insectes. Cette communication chimique leurs a permis d'évoluer au cours du temps du stade de guêpes solitaires à celui de superorganisme dominant le monde des insectes. De plus ces substances chimiques assurent leur survie et ont permis aux fourmis de s'adapter partout dans le monde!
Pour conclure, ce sont les nombreuses et complexes substances chimiques des fourmis qui leur ont permis de bâtir une société comparable à celle des hommes.

Glossaire
Phéromones : Les phéromones sont des substances émises par la plupart des animaux et certains végétaux, et qui agissent comme des messagers sur des individus de la même espèce. Pour ce sujet les phéromones définissent les substances permettant la communication entre les fourmis d'une même espèce.

Biomasse: Masse totale des êtres vivants subsistants en équilibre sur une surface donnée de sol ou dans un volume doné d'eau océanique ou douce.

Myrmécéenne: Adjectif qualifiant les fourmis en Grecque.


Stridulation: Crissement aigu que produisent certains insectes.


Chitine: Elle est l’un des principaux composants de l’exosquelette des insectes et autres arthropodes (crustacés, arachnides, etc.). Elle se retrouve aussi dans les deux autres règnes (certaines espèces de lichens et certaines espèces de champignons). A titre d'exemple, la carapace d'un crabe contient 25% de chitine et 75% de carbonate de calcium.



Trophallaxie: C'est un mode de transfert de nourriture, utilisé par certains insectes.Les fourmis ouvrières possèdent deux estomacs. Lorsque l'une d'elles ingurgite de la nourriture, la majeure partie de celle-ci est stockée dans le second estomac, le jabot social, appelé également estomac social.
La trophallaxie consiste en une régurgitation de la nourriture pré-digérée contenue dans ce dernier afin de nourrir d'autres fourmis. Ce transfert ne concerne pas exclusivement les aliments mais permet également de faire circuler des informations dans la colonie via des messages chimiques (phéromones).
Elle existe aussi chez l'abeille et la plupart des insectes sociaux.


Bibliographie

La trilogie de Bernard Werber "Les Fourmis" contenant :

-Les fourmis.
-Le jour des fourmis.
-La révolution des fourmis.

Sites internet utilisés

www.fourmi.fr
www.centerblog.fr
www.wikipédia.fr
www.pherobase.net/index.htm
www.akolab.com/fourmis/forum/index.php

Documentaire animalier

"L' organisation secrète des fourmis" de Wolfgnang Thaler