Topic description
La matière active désigne des systèmes constitués d'individus mobiles interagissant entre eux, permettant l'émergence de propriétés collectives. Ces systèmes sont très présents dans le vivant à toutes les d'échelles, depuis les suspensions de bactéries jusqu'aux foules humaines. Les systèmes existants chez les animaux ont pour le moment été peu étudiés du point de vue expérimental, leurs propriétés mécaniques et le rôle de différents facteurs tels que la cognition sur ces propriétés sont donc encore mal compris. Ce projet de thèse propose de se concentrer sur l'étude expérimentale d'un modèle animal en particulier : celui de l'essaim d'abeilles. Dans la nature, les abeilles sont des animaux cohésifs qui peuvent s'agglomérer en phase dense, formant ainsi un véritable matériau continu dont il est possible d'étudier les propriétés mécaniques et rhéologiques. De plus, ce sont des insectes sociaux, ayant de bonnes capacités d'apprentissage, permettant l'étude de l'effet de la cognition et de l'apprentissage sur ses propriétés physiques. Elles possèdent également une taille idéale pour accéder à des mesures microscopiques (individu) et macroscopiques (collectif) sur un grand nombre d'individu (>). Le projet consiste en l'étude des propriétés mécaniques et rhéologique d'un essaim d'abeilles, en y incluant la question de l'influence de la cognition sur ces propriétés. Le projet se concentrera tout d'abord sur l'analyse d'une situation déjà explorée chez d'autres animaux : celui de l'évacuation d'une foule 2D à travers un goulot d'étranglement. Ceci permettra de déterminer si ces insectes parviennent à éviter le blocage intermittent à la sortie observé chez les humains ou les moutons. Il s'agira ensuite de déterminer les propriétés mécaniques et rhéologiques de la grappe d'abeille en s'inspirant de la physique des granulaires, le tout en collaboration avec le FAST, spécialiste des granulaires (Orsay) et le CRCA, spécialiste de la cognition des abeilles (Toulouse). Enfin, ces propriétés seront testées en fonction de l'état cognitif des abeilles pour estimer le rôle que la cognition joue dans le contrôle des propriétés mécaniques globales de l'essaim. Cette étude pourra porter sur l'effet de l'apprentissage (est-ce qu'un groupe d'abeilles adapte ses propriétés mécaniques globales après répétition d'une même expérience) et de l'état cognitif des abeilles (est-ce que les propriétés mécaniques changent si les abeilles sont faces à un stress ou une source de motivation). Ce projet interdisciplinaire alliant matière active, physique des granulaires, éthologie, mécanique des milieux continus permettra donc de mieux comprendre la mécanique collective des insectes sociaux ; et ouvre un champ inexploré de la matière active.
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Active matter refers to systems composed of mobile individuals that interact with each other, enabling the emergence of collective properties. These systems are ubiquitous in living organisms across all scales, from bacterial suspensions to human crowds. While animal systems have so far received limited experimental study, their mechanical properties and the role of factors such as cognition in shaping these properties remain poorly understood. This PhD project proposes to focus on the experimental study of a specific animal model: the bee swarm. In nature, bees are cohesive animals capable of aggregating into dense phases, forming a continuous material whose mechanical and rheological properties can be investigated. Additionally, as social insects with strong learning abilities, bees provide an ideal system for studying the effects of cognition and learning on physical properties. Their size also makes them well-suited for both microscopic (individual) and macroscopic (collective) measurements involving large numbers of individuals (>). The project aims to study the mechanical and rheological properties of a bee swarm, including the influence of cognition on these properties. Initially, the research will analyze a scenario already explored in other animals: the evacuation of a 2D crowd through a bottleneck. This will help determine whether bees can avoid the intermittent blocking observed at exits in humans or sheep. The next step will involve characterizing the mechanical and rheological properties of the bee cluster, drawing inspiration from granular physics, in collaboration with FAST (specialists in granular physics, Orsay) and CRCA (specialists in bee cognition, Toulouse). Finally, these properties will be tested based on the cognitive state of the bees to assess the role of cognition in controlling the swarm's overall mechanical properties. This study will examine the effects of learning (e.g., whether a group of bees adapts its global mechanical properties after repeating the same experiment) and the cognitive state of the bees (e.g., whether mechanical properties change under stress or motivational factors). This interdisciplinary project, combining active matter, granular physics, ethology, and continuum mechanics, will advance our understanding of the collective mechanics of social insects, a yet unexplored field of active matter.
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Début de la thèse : 01/10/
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
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