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Des chercheurs de l’ESPCI Paris - PSL, en collaboration avec des physiciens de l’Université Heinrich Heine Düsseldorf, (Allemagne) et de Bristol (Royaume-Uni), ont étudié le comportement d’essaimage du poisson zèbre. Ils ont localisé les trajectoires de nage et les ont analysées à l’aide de méthodes de physique à N corps. Il est intéressant de noter qu’un grand banc de poissons ne diffère pas significativement d’un très petit groupe de trois poissons, alors que deux poissons se déplacent de manière fondamentalement différente. La recherche a été publiée dans la revue Nature Communications avec le résultat « Three is a Crowd » dans le titre.
Pour certains phénomènes, trois nombres différents suffisent en effet à caractériser des états, comme les trois mousquetaires, les trois dimensions spatiales, les trois couleurs primaires, etc. La question peut aussi se poser un peu différemment : à partir de quel nombre de participants les groupes se comportent-ils comme une foule immense ? Des chercheurs de Paris, Düsseldorf et Bristol ont répondu à cette question, du moins pour le poisson zèbre. Le résultat est étonnant : la disposition et les schémas de mouvement sont similaires à ceux d’un grand groupe composé de trois participants seulement. Cependant, ceux-ci diffèrent considérablement d’un couple isolé de deux poissons.
Dans un aquarium équipé de caméras synchronisées, les chercheurs de Bristol ont reconstitué les trajectoires de nage en trois dimensions du poisson zèbre. Celles-ci ont été systématiquement enregistrées pour différentes tailles de groupes, c’est-à-dire pour des groupes de deux, trois, quatre et cinquante poissons. L’organisation du poisson en était ensuite extraite. Différents types de mouvements se produisent : soit les poissons nagent tous dans la même direction, soit ils tournent en rond ensemble. S’ils se déplacent dans la même direction, ils peuvent nager l’un à côté de l’autre ou l’un derrière l’autre. Un couple isolé de deux poissons préfère nager l’un derrière l’autre (c’est-à-dire que l’un d’eux mène, l’autre suit), mais trois poissons nagent généralement côte à côte (c’est-à-dire que personne ne veut être le dernier). Une telle nage côte à côte caractérise également un grand banc de poissons.
Ce qui a surpris les chercheurs, c’est que si vous marquez un groupe de trois poissons dans un grand banc, leur comportement est très similaire à celui d’un groupe isolé de trois poissons. Si par contre vous marquez deux voisins d’un banc, vous remarquez qu’ils nagent différemment dans le banc que dans un groupe isolé de deux. Cela signifie que trois poissons forment pratiquement un banc, mais deux ne suffisent pas.
Le Dr C. Patrick Royall a reçu le prix Bessel de la Fondation Alexander von Humboldt et s’est rendu à plusieurs reprises l’Université Heinrich Heine et l’Institut de physique théorique II du Prof. Dr. Hartmut Löwen, son hôte, ce qui a permis ce projet de recherche commun de voir le jour. Le professeur Löwen commente : « C’était un nouveau défi d’appliquer aux poissons les méthodes et concepts traditionnels de la physique de l’état liquide (tels que les corrélations de paires et de triplets). Ces concepts proviennent de l’équilibre thermodynamique, mais un banc de poissons vivant est loin de l’équilibre. ".
Outre une classification de base des effets à N corps, les chercheurs ont également consisté en une modélisation et une simulation des trajectoires des poissons par le Dr Alexandra Zampetaki, qui a commenté comme suit : « Nous avons incorporé diverses données d’entrée paramètres dans notre modèle, qui a simulé de manière réaliste le mouvement de nage du poisson, et a ainsi pu confirmer le résultat étonnant « three is a crowd ».
Ce résultat d’une simplicité fascinante ne s’applique pour l’instant qu’au poisson zèbre, mais les concepts peuvent également être appliqués à d’autres exemples de faune. Il s’agit notamment d’autres bancs de poissons (comme les poissons rouges et les sardines), mais aussi de troupeaux d’oiseaux et d’insectes (comme les étourneaux volants et les moustiques dansants). Enfin, il serait également très intéressant d’analyser et de caractériser le comportement de groupe des personnes, par ex. lors de fêtes ou d’événements de masse. Seul le temps nous dira si la simple limite du chiffre trois tiendra également là.