UNE GOUTTE DE PHÉROMONE DE FOURMI, VUE POUR LA PREMIÈRE FOIS

Quand une fourmi Lasius niger trouve de la nourriture, elle rentre au nid en laissant derrière elle une piste odorante. Elle abaisse son abdomen jusqu’au sol et dépose de minuscules gouttelettes de phéromone, un message chimique qui guide ses congénères vers la source. Ces pistes ont été décrites dès 1779. Elles sont devenues un modèle classique d’auto-organisation et ont inspiré toute une famille de méthodes informatiques, les algorithmes d’optimisation par colonies de fourmis.

La goutte que personne n’avait vue

Pourtant, l’unité de base de la piste n’avait jamais été observée. Les chercheurs déduisent la force d’une piste du trafic des fourmis ou du comportement de dépôt, et supposent que toutes les gouttes sont identiques. Le volume d’un dépôt, sa vitesse d’évaporation, la vraie concentration d’une piste naturelle : tout cela restait inconnu. Même le solvant qui forme l’essentiel d’une goutte n’avait jamais été identifié.

Laure-Anne Poissonnier, Pierre Bon et leurs collègues de l’institut XLIM (CNRS et université de Limoges) ont voulu voir ces gouttes directement.

Peser une goutte avec de la lumière

Les fourmis, des Lasius niger, venaient d’une colonie fondée par une reine récoltée à Toulouse en 2020. Après quelques jours de jeûne, des ouvrières ont été lâchées sur un pont de verre suspendu de 57 millimètres, avec de l’eau sucrée au bout.

Les dépôts sont transparents. L’équipe a donc utilisé l’imagerie de phase quantitative : une technique interférométrique qui mesure de combien un objet transparent retarde la lumière qui le traverse. En supposant un indice de réfraction, ce retard donne l’épaisseur locale, à environ 20 % près. Ni colorant, ni contact. Une première caméra a filmé une zone fixe du pont jusqu’à 250 images par seconde ; un microscope à platine motorisée a ensuite balayé tout le pont.

Un liquide qui s’évanouit, un solide qui s’attarde

Les premières gouttes ont été saisies en direct, à la sortie de l’abdomen. Elles étaient liquides. L’une est passée de 0,4 à 0,15 picolitre en environ 120 millisecondes. Une autre, quatre fois plus grosse, de 1,7 à 0,4 picolitre, avec une constante de temps de 11 secondes. Un picolitre, c’est un millième de milliardième de litre.

Il reste une tache solide et plate d’environ 80 micromètres de large, épaisse de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres seulement. Suivie au microscope pendant plus d’une heure, l’une d’elles a lentement perdu environ 10 % de son volume, avec une constante de temps de 63 minutes — proche de la durée pendant laquelle les pistes de Lasius niger restent actives. Un résidu solide était encore là 24 heures plus tard.

Les auteurs y lisent trois ingrédients :

• un solvant, qui fait l’essentiel de la goutte et s’évapore en quelques secondes — invisible aux analyses chimiques habituelles, qui récoltent la piste après coup ;
• un solide qui se sublime lentement, passant directement à l’état de gaz. Ils proposent l’isocoumarine, une molécule connue pour faire suivre une piste à ces fourmis ;
• un résidu stable, qui servirait de support et maintiendrait l’odeur en place.

Si toute la matière sublimée d’un dépôt est de l’isocoumarine, cela représente environ 26 picogrammes, soit 110 milliards de molécules libérées dans l’air.

Observer la fourmi ne suffit pas

D’habitude, on compte les gouttes en guettant la flexion caractéristique de l’abdomen. L’équipe a filmé des fourmis de dessus et de côté, puis balayé le pont. Chez une fourmi représentative, 7 postures de dépôt ont été vues : 6 correspondaient à un vrai dépôt, une à rien du tout, même cherchée avec une sensibilité accrue. Le comportement est un indicateur utile, mais imparfait.

Pas deux gouttes pareilles

Vient alors la plus grande surprise. Chez cinq fourmis, les dépôts différaient par la forme, la surface et le volume :

• surface médiane : 4 300 micromètres carrés, avec des écarts d’un facteur dix ;
• volume médian : 0,68 picolitre, de moins de 0,2 à plus de 4 — plus de 20 fois d’écart ;
• forme ronde ou en poire, selon la manière dont la fourmi traîne son abdomen.

Un modèle statistique attribue environ 90 % de ces écarts aux différences entre individus. L’hypothèse courante de dépôts identiques est fausse, au moins chez cette espèce.

Des spécialistes des pistes ?

Si ces différences individuelles sont stables dans le temps, certaines ouvrières pourraient jouer un rôle démesuré dans la construction des pistes. Les auteurs veulent injecter ces valeurs mesurées dans les modèles de comportement collectif et les algorithmes d’optimisation, et trouver la plus petite quantité qu’une fourmi peut détecter. Au-delà de la biologie, ils soulignent des enjeux pratiques : les appâts contre les fourmis invasives exploitent le recrutement que créent les pistes, et les phéromones servent de plus en plus en agriculture d’alternatives ciblées aux pesticides.