Concours Cgénial 2015 : Compte Rendu d expérience : Lycée International des Pontonniers

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1 VOGT Bastien KLEIN Timothée DE BRETAGNE Victor Concours : Compte Rendu d expérience : Lycée International des Pontonniers 1 Lycée international des Pontonniers

2 Sommaire : Introduction.... p.3 1. Principe de l expérience.. p.4 2. Constats 1. Fourmis p.5 1. Généralités 2.Vision 2. Lumière et filtres p.7 1. Lumière 2. Filtres optiques 3. Choix et établissement des éléments 1. Fourmilière.... p.8 1. Construction de la fourmilière 2. Installation de la colonie 2. Éclairage... p Lampe 2. Filtres 3. Boîte d'expérimentation p Construction de la boîte 2. Mesures de précaution 4. Protocole 1. Protocole expérimental détaillé p Précautions... p Conditions générales 2. Température 3. Habituation des individus 3. Résultats attendus..... p Résultats 1.Résultats expérimentaux.. p.20 2.Critique. p.21 6.Mise en perspective et interprétation... p Conclusion. p.23 Annexes 2 Lycée international des Pontonniers

3 Introduction Le temps que nous lisions ces lignes, sept cents millions de fourmis seront nées sur la planète. Sept cents millions d'individus dans une communauté estimée à un milliard de milliards, et qui a ses villes, sa hiérarchie, ses colonies, son langage, sa production industrielle, ses esclaves, ses mercenaires... Ses armes aussi. Terriblement destructrices. Bernard Werber, les Fourmis C est durant l été 2014 que se déclencha l évènement nous ayant inspiré tout au long de nos travaux. Alors que l un d entre nous récupérait des combinaisons de catamarans, étendues à même la roche, il fit une découverte étonnante: une colonie de fourmis avait établi domicile en dessous des vêtements et, preuve de leur installation, un important tas de larves avait pris place sur le rocher. Surpris par cette expérience involontaire, il observa ainsi les fourmis affolées déplacer les larves vers un endroit plus ombragé sous les feuillages puis vers une nouvelle destination inconnue. Il filma la scène nous permettant d admirer la rapidité avec laquelle ces 1 petits êtres fuirent emportant les larves. Observant la scène, sa petite sœur de 9 ans posa en toute curiosité cette question : «Mais pourquoi elles s en vont?». Les réponses à cette question peuvent êtres variées : perturbation, danger, chaleur, Ultra Violets ou lumière. C est à cette dernière possibilité que nous avons décidé de nous intéresser. La lumière du soleil est une lumière blanche, composée, comme une lampe électrique, des 2 longueurs d onde du domaine visible. La lumière lorsqu elle est trop intense peut être désagréable à un oeil. D autre part, le monde des fourmis est infini et extraordinaire. Ces petits insectes fascinent chacun d entre nous par leur organisation sans faille et leur détermination au travail. Serait il donc possible que la lumière puisse avoir dérangé ces fourmis? Est il vrai que les fourmis ne perçoivent pas la lumière rouge? Nous avons donc mené une expérience dont le but a été de déceler dans un premier temps si les fourmis sont sensibles à la lumière blanche, puis dans un deuxième temps si leurs récépteurs sont, comme les cônes humains, sensibles au rouge, au vert et au bleu. Notre objectif fut de procéder le plus méthodiquement possible en espérant donner des conclusions fiables. Tout d abord, nous énoncerons le principe de l expérience, ensuite nous exposerons les constats sur les acteurs y prenant part. Dans un troisième temps, nous présenterons les choix et la création des différents éléments et notamment la mise au point de notre fourmilière. Après cela, nous formulerons le protocole expérimental détaillé. Nous consacrerons ensuite une partie aux résultats de notre expérience. Nous présenterons ensuite notre mise en perspective et finalement nos conclusions. 1 cf annexe à 800 nm 3 Lycée international des Pontonniers

4 1. Principe de l expérience L expérience que nous avons mené a eu pour but de mettre en évidence la perception des couleurs par la fourmi. La fourmi, d après nos recherches, n est pas sensible au spectre lumineux 3 rouge. Notre objectif était donc de prouver cette affirmation à travers l'expérimentation. Par conséquent, il nous était nécessaire de trouver un moyen de différencier pertinemment la réaction des fourmis. Dans un premier temps, nous avons décidé de soumettre les fourmis à une lumière blanche. Dans un deuxième temps, nous avons éclairé les fourmis avec différentes parties de cette même lumière afin de voir si elles réagissaient de façon identique. Pour cela, nous avons procédé dans une chambre d expérimentation que nous avions fabriqué. Celle ci était divisée en 2 parties parfaitement identiques. La seule caractéristique différente fut l éclairage utilisé dans ces deux pièces. Nous les avons ainsi soumises à la lumière blanche, puis à ses trois constituants: la lumière rouge, verte et bleue. Nous avons alors déposé plusieurs fourmis dans cette chambre d expérimentation et nous avons observé leur réactions aux différentes lumières. Par conséquent, cinq éclairages différents furent utilisés: lumière blanche lumière bleue lumière rouge lumière verte obscurité 3 cf Lycée international des Pontonniers

5 2. Constats 2.1 Fourmis Généralités Une fourmis... qu est ce que c est? A nos yeux une fourmi est insignifiante, seulement un petit insecte, rien de bien intéressant. Et pourtant, malgré les idées reçues, les fourmis sont loin d être quelconques. Il faut bien comprendre que la fourmi est une espèce extrêmement prolifique, espèces sont répertoriées à ce jour et on estime qu il y a approximativement 10 millions de milliard de fourmis sur Terre. Et loin d'être négligeables, la fourmis est l espèce la plus abondante sur cette planète. Pas si anodine que ça finalement La fourmi appartient à la classe des insectes, à l ordre des Hymenoptera (comme les guêpes et les abeilles) et à la famille des Formicadae. Les fourmis sont présentes sur Terre depuis environ 130 millions d années et elles ont un ancêtre commun avec les guèpes. On dénombre à 4 ce jour près de espèces mais les myrmécologues considèrent qu il en reste encore un très grand nombre à découvrir. La durée de vie d une fourmis est variable, en effet tout dépend de leur espèce et de leur caste (chez les Lasius Niger, la reine a une durée de vie d environ 10 ans et les ouvrière d un à trois ans). De même la taille et la couleur sont variables en fonction de l espèce. En vu des variations de température en hiver par rapport à l été, certaines espèces (ex: Lasius Niger) de certain pays (plutôt des pays du nord comme la France) vont adopter un ralentissement de leurs activités pendant l hiver, appelé repos hivernal. En effet, l activité de la colonie est fortement ralentie et la reine ne pond pas pendant toute cette période, ce qui lui 5 permet de pondre dans de bonne condition au printemps. Quant à la reproduction des fourmis, c est la reine qui est la seule capable de pondre des oeufs, qui vont suivre un processus de métamorphose, passant de l oeuf à une larve puis à une nymphe pour enfin être un individu adulte. La fourmi, est un insecte social, en effet les fourmis se regroupent en colonie avec plus ou moins d individus, dans laquelle elles opèrent une division du travail. Chaque caste (ouvrière, reine, mâle) à son rôle à jouer, qu elle va réaliser pour le bon fonctionnement de la colonie. Les nids dans lesquels se trouvent les colonies sont en général composés de galeries avec des chambres à usage multiple : pour mettre le couvain (ensemble des larves), entreposer les fourmis mortes Toute leur organisation et l aménagement de leur espace sont pensés dans les moindres détails. C est grâce à leur force collective qu aucun souci d organisation ne leur résiste. Leur organisation est si bien réglée que des chercheurs s en inspirent pour créer des programmes 6 permettant de résoudre des problème de logistiques 4 scientifique spécialisé dans l étude des fourmis. 5 Cf Annexe Cf Annexe Lycée international des Pontonniers

6 2.1.2.Vision La fourmi, comme dit précédemment, est un insecte et fait partie de l embranchement des arthropodes. Comme la plupart de ceux ci, elle possède des yeux dits composés. Sa paire d yeux est donc formée de facettes dites ommatidies. Leur nombre peut varier de quelques unités jusqu à des milliers chez certains insectes. Une ommatidie est composée de 8 photorécépteurs. Chaque photorécépteur a une partie sensible à la lumière, le rhabdomère. Les R7 et R8 sont les rhabdomères centraux de l ommatidie et autour d eux se forment les R1 à R6. En haut de l oeil, la cornée et le cône jouent le rôle de lentille. Deux cellules pigmentaires primaires participent à la sécrétion de la cornée. Deux autres cellules pigmentaires entourent l ommatidie et forment un limite avec les ommatidies voisines. Après de nombreuses recherches, nous avons appris que la plupart des insectes, dont les fourmis ne sont pas sensibles au radiations rouges. Par exemple, le livre Les fourmis: comportement organisation sociale et évolution de Luc Passera et 7 Serge Aron relate dans un de ses nombreux chapitres une expérience pertinente. Cette expérience fut réalisée par Rüdiger Wehner, biologiste réputé spécialisé dans les fourmis. Elle nécessita la mise en place d un chariot plaçant un filtre rouge au dessus d une fourmi pour que celle ci ne voit plus le ciel puisque comme tous les insectes elle ne perçoit pas les radiations 8 dans le rouge. Les fourmis semblent donc ne pas pouvoir voir les radiations rouges. Nous n avons pas trouvé de source nous en expliquant les raisons cependant, nous pouvons supposer 9 que ses ommatidies ne possèdent que des cônes pour le bleu et le vert et non pour le rouge. Cette explication nous parait être la plus fiable. 7 Luc Passera: enseignant chercheur, myrmécologue. Serge Aron: Directeur du Fond de la Recherche Scientifique 8 cf annexe 9 cellules de l oeil sensible aux couleurs 6 Lycée international des Pontonniers

7 2.2 Lumière et Filtres Lumière La lumière est composée d ondes lumineuses qui peuvent être décrites comme des ondes électromagnétiques. Les ondes électromagnétiques sont des radiations, et chacune d entre elles sont caractérisées par leur fréquence (/nu/) mesurée en Hertz (Hz). A chaque onde électromagnétique correspond également une longueur d onde (/lambda/) dans le vide bien précise, la longueur d onde étant la distance parcourue par l onde en une période (qui elle correspond à 1 divisé par la fréquence). Par ailleurs, à chaque onde électromagnétique est associé un photon, particule véhiculant une énergie bien précise. La lumière telle que nous l appelons communément est la lumière visible par un humain, comprise entre 400nm et 800nm de longueur d onde. La lumière blanche est composée d une infinité de radiations colorées Filtres optiques Un filtre optique est un objet composé d une matière transparente colorée. C est un objet permettant d absorber, et donc de séparer, certaines radiations de longueur d onde bien déterminées de la lumière blanche. En d autres termes, il permet d enlever des parties du spectre dont la lumière blanche est composée. Lorsque de la lumière blanche éclaire un filtre coloré, la lumière résultante est uniquement composée des radiations dont la couleur correspond à la couleur du filtre. Les autres radiations sont absorbées. Il s agit alors de la synthèse soustractive de la lumière. Il existe une multitude de filtres différents. L application la plus courante des filtres est dans la photographie. Les filtres de couleur les plus repandus sont les filtres colorés transparents qui isolent une partie des radiations issues de la lumière incidente par absorbance. Ces filtres peuvent être du verre, de la résine, de la gélatine, etc. Ils contiennent des matériaux colorants (pigments, colorants) qui lorsque la lumière passe au travers du filtre, absorbent certaines radiations colorées. Par ailleurs, il existe d autres types de filtres, bien plus précis, d une technologie supérieure et bien plus coûteux. Par exemple, les filtres interférentiels utilisés en astronomie, permettent d isoler précisément un petit intervalle de radiations du spectre de la lumière blanche. 7 Lycée international des Pontonniers

8 3. Choix et établissement des éléments 3.1 Fourmilière Construction de la fourmilière Lorsque le choix de notre sujet a été fixé et que nous étions certains de faire notre travail sur les fourmis, cela a été pour nous une évidence de construire une fourmilière. La fourmilière nous a tout suite paru être un grand avantage aussi bien pour l observation que pour les expérimentations que nous voulions réaliser. L alternative de la fourmilière nous a permis d apprendre sur l organisation des fourmis par l observation. De plus nous voulions donner un coté personnel à ce domaine souvent traité dans les documentaires ou autres, en créant notre propre fourmilière. Nous avons décidé de faire nous même la fourmilière au lieu de l acheter dans un soucis d économie et de pouvoir en créer une à nos dimensions et avec les caractéristiques que nous souhaitions (une grande aire de chasse et une fourmilière bien observable). Nous avons pour cela réalisé des plans et un modèle 3D (ci dessous, réalisé sur sketchup) car il nous fallait de solide bases pour réaliser à bien notre projet. La base de notre fourmilière est en béton cellulaire, c est un matériau destiné à la construction à l origine mais il est aussi très 10 conseillé pour la réalisation de fourmilière. En effet il est facile à creuser pour former les galeries et il absorbe bien l eau ce qui s avère pratique pour humidifier la fourmilière. Pour la délimitation de l aire de chasse et pour la limite entre les galeries et l'extérieur nous avons utilisée des plaques de plastiques transparentes. Nous avons donc acheté une plaque de béton cellulaire de 50cm par 30cm et d une épaisseur de 5cm. Nous avons divisé la plaque en deux (1 tiers, 2 tiers) : une partie pour l aire de chasse et une autre partie pour la fourmilière. Dans la partie fourmilière nous avons dessiné au préalable des galeries que nous avons ensuite creusées avec une profondeur d environ 7 mm. Après cela, nous avons posé la plaque de plastique transparente au dessus pour empêcher les fourmis de s enfuir tout en les observant. Nous avons aussi creusé un bassin dédié à l humidification de la fourmilière, en effet une fois rempli, l eau se propage dans toute la fourmilière donnant l humidité nécessaire aux fourmis. Quant à la partie aire de chasse, nous 10 Cf Annexe Lycée international des Pontonniers

9 avons créé un rebord en plastique opaque d une hauteur de 20 cm pour la délimiter. Nous avons enfin mis une couche de talque de 5 cm de largeur sur les rebords pour empêcher les évasions de fourmis et nous avons mis une couche de silicone entre les plaques de plastique de l aire de chasse et le béton cellulaire Installation de la colonie Comme nous l'avons évoqué plus haut, il y a un très grand nombre d'espèces de fourmis sur Terre. Nous avons donc du faire un choix sur l'espèce que nous voulions élever. Nous avons choisi les Lasius Niger, cette espèce est une des espèces les plus communes que l on puisse trouver en Europe. Néanmoins cette espèce, bien que commune, apporte des grands avantages à son étude, elle est en effet très résistante : elle supporte très bien les variations de température, elle n est pas difficile en terme de nourriture et ne demande pas une attention des plus extrêmes. De 11 plus cette espèce nous a été conseillé par Bruno Beachler et elle est aussi très conseillée pour les débutants sur les sites spécialisés. La mise en place d'une fourmilière est un exercice assez complexe, en effet après l'arrivée de nos fourmis nous avons dû nous assurer qu'elles puissent se développer le mieux possible. Il y a un très grand nombre de facteurs qui entrent en compte pour satisfaire leurs besoins. Il faut que nous leur donnons à manger et à boire. C'est à ce moment là que l'aire de chasse devient utile, en effet, l'aire de chasse simule l'extérieur, c'est donc là que les fourmis trouvent leur nourriture. Nous devons aussi nous assurer que le taux d'humidité est optimale car c'est un facteur important chez les fourmis, c'est ce que nous a fait remarquer M. Beachler. Enfin, les fourmis ont besoin de lumière, en journée, et de la chaleur. Ce sont deux facteurs que nous avons satisfaits en une fois, en effet, nous avons placé dans une salle éclairée par des lampes à incandescence qui fournissent lumière et chaleur. Pendant la nuit, la fourmilière se trouve dans un obscurité totale. Les premiers jours ont été assez difficiles car les fourmis étaient bien installées dans le tube à essaie dans lequel elles avaient été livrées et nous les avons alors forcées à sortir. Les fourmis ne se sont donc pas tout de suite installées, elles ont changé assez souvent de place, elles ont même tenté de s échapper. Contrairement à nos attentes, les fourmis sont parvenues à creuser le béton cellulaire et passer sous le silicone pour atteindre la limite plastique de l aire de chasse. 12 Nous avons été très étonnés, ne pensant pas qu elles étaient capables d un tel exploit. Néanmoins au bout de quatre jours, une fois qu elles se sont rendues compte que toute évasion était impossible, les fourmis se sont retournées dans la partie fourmilière et s y sont définitivement installées. Elles se sont concentrées dans un petit endroit de la fourmilière, alors que cette dernière est assez grande, et ont commencé à moduler leur espace. Il est aussi très 11 Cf Annexe compte rendu 12 Cf Annexe Lycée international des Pontonniers

10 étonnant de voir la force de ces si petits insectes. En effet, elles ont déplacées des grains de sable de l aire de chasse jusqu à leur nid pour former un mur afin de délimiter leur espace de vie. C est un travail de titan car cela correspond à des centaines de grains. Les fourmis se développent bien pour l instant, elle se sont parfaitement installées et semblent avoir tout ce qui leur convient. 13 Maintenant que nous avons depuis 4 mois notre fourmilière, nous pouvons mettre en évidence quelques problèmes en ce qui concerne la mise en place de la fourmilière. Tout d abord, nous avons réalisé une fourmilière bien trop grande, seule une toute petite partie des galeries est utilisée par les fourmis. Ensuite, lors de l arrivée des fourmis, nous les avons fait sortir de force de leur tube à essaie, cela a été une erreur car cela a dû beaucoup les perturber et nous aurions dû probablement les laisser sortir seules. Enfin, nous avons volontairement empêché les fourmis 14 d hiverner car nous avions peur qu elles ne sortent pas assez tôt de leur pause hivernale pour 15 nos expériences. Cette suppression, bien que tout à fait possible, a pu affecter leur métabolisme et spécialement la ponte de la reine. En effet bien qu il y ait des oeufs dans le couvain ces derniers ont été très tardifs comparé au temps normal de ponte. Nous pensions à l inverse que la fourmilière allait se développer très vite et dans de grandes proportions, mais il faut être patient et laisser le temps aux fourmis. En conclusion, nous pouvons dire que la mise en place de cette fourmilière est loin d être une réussite parfaite mais elle nous a permis d apprendre aussi bien sur les fourmis que sur la mise en place d étude sur le vivant. En effet, nous sommes partis avec des attentes et des préjugés ce qui nous a parfois empêché d être objectifs. De plus nous avons réalisé certaines erreurs techniques dont nous ne pouvions avoir conscience. Néanmoins cette fourmilière reste un puits d informations extraordinaires pour nous et nous sommes globalement satisfaits de notre travail. 3.2 Éclairage Lampe Afin d éclairer la salle lors de nos expériences, nous avions tout d abord opté pour une lampe à incandescence. Ce type d ampoule est très accessible, peu onéreux et restitue très bien le spectre de la lumière blanche. Ce type d ampoule semblait parfait. Cependant, nous nous sommes très vite rendus compte que les lampes à incandescence émettent trop de chaleur, ce qui fausserait probablement nos expériences. Nous avons alors cherché d autres moyens d éclairage permettant d avoir le spectre le plus complet et émettant le moins de chaleur possible, mais les seules lampes que nous avons trouvées (ampoule au xénon ou tube fluorescent tri bande) étaient trop chères, 13 Cf Annexe journal de bord 14 Cf Cf annexe Compte Rendu 10 Lycée international des Pontonniers

11 16 difficiles à se procurer et inadaptés pour nos expériences et notre boîte d expérimentation. Par la suite, nous avons choisis d utiliser des DEL (Diode électro luminescente), car elles émettent très peu de chaleur et nous auraient permis de ne pas utiliser de filtres (en utilisant quatre types de DEL : une rouge, une bleue, une verte et une blanche). En revanche, les DEL blanches restituent de nos jours encore très mal le spectre de la lumière blanche et possèdent une lumière bleutée. Nous avions par ailleurs décidé d utiliser une lampe restituant une lumière la plus proche de la lumière du soleil possible, ce qui n est pas le cas des DEL blanches. Le choix de l éclairage pour nos expérimentations nous a causé de nombreux problèmes, et nous avons ainsi dû changer d idées à de nombreuses reprises. Nous avons finalement décidé d utiliser une lampe fluorescente compacte, en raison de ses nombreux avantages. En effet, ces ampoules restituent assez bien les couleurs : elle a un indice de rendu des couleurs (IRC) en moyenne de 80, ce qui est considéré comme relativement bon. Cependant, ces ampoules ne restituent pas un spectre continu, loin de là, elles restituent un spectre de raies. Notre ampoule restitue en effet un spectre 17 relativement discontinu. Nous avons dû nous résigner à sacrifier une de nos espérances (d émettre un spectre presque continu), en raison de la complexité de trouver une ampoule avec un spectre continu. Notre ampoule est une ampoule de Volts et diffuse environ 260 lumen, ce qui correspond à un usage domestique et donc suffisamment puissant pour nos expériences. De plus, les ampoules fluorescentes compactes ont pour caractéristique d émettre très peu de chaleur (environ 20 30% de l énergie consommée par ces ampoules se transforment en chaleur, contre environ 90% pour les ampoules à filament), ce qui est une caractéristique recherchée par notre groupe : l émission de chaleur par la lampe risque de 19 fausser nos expériences, d influencer nos fourmis. Leur émission faible de chaleur est due à leur mode de fonctionnement : à l extrémité de la lampe se trouve deux électrodes qui baignent dans une vapeur de mercure. Lorsque celles ci sont alimentées par un courant électrique, des électrons sont libérés. Ces derniers entrent ensuite en collision avec des atomes de mercure qui subissent alors des transitions vers des états excités: ils ré émmettent spontanément des photons caractéristiques de ses niveaux électroniques. Les photons UV réémis sont ensuite absorbés par une poudre fluorescente qui tapisse le tube replié. Cette dernière réémet alors dans le visible. Le spectre obtenu est ainsi la superposition 16 Cf Cf annexes 1.3 : photos du spectre d émission de notre lampe. 18 Le lumen est une unité du système international pour caractériser le flux lumineux d'un éclairage. Il a principalement été développé depuis peu à cause des changements des rapports puissance/luminosité pour faciliter les comparaisons entre les différentes sources lumineuses. 19 Cf Lycée international des Pontonniers

12 d'un spectre continu de fluorescence et de quelques raies intenses du mercure. La poudre est choisie pour que la lumière apparaisse blanche à l'oeil. Les ampoules fluorescentes compactes sont le modèle réduit des tubes fluorescents (plus communément appelé néons). De plus, nous avons choisis ce type d ampoule car il est très répandu, donc facile à se procurer et peu onéreux Filtres Au cours de nos expériences, nous souhaitons exposer nos fourmis à différentes portions du spectre de la lumière blanche. Pour cela, nous allons utiliser des filtres optiques. Ceux ci vont 20 nous permettre de sélectionner une partie bien précise du spectre que nous aurons choisie, et d éviter au maximum des différences entre nos expériences à venir. Nous avions en effet prévu 21 d émettre une lumière colorée bleue, verte et rouge à l aide de différentes DEL ; nous avons finalement choisi d utiliser des filtres qui nous permettent de n avoir qu une même et unique 22 source de lumière primaire pour nos expériences, notre lampe fluorescente compacte. L utilisation de différentes DEL pourrait en effet être source de différences entre les expériences. Nous allons utiliser trois différents types de filtres : un bleu, un vert, et un rouge ; tous prêtés par les professeurs référents de notre classe. Voici le résultat de l utilisation des filtres sur notre lampe fluorescente compacte (vu sur spectrophotomètre) : les filtres fonctionnent très bien, seul les radiations sélectionnées sont présentes : 20 Cf Cf Cf Lycée international des Pontonniers

13 Spectres d émission de notre lampe fluorescente compacte filtrée avec le filtre Vert : Spectres d émission de notre lampe fluorescente compacte filtrée avec le filtre Rouge : Spectres d émission de notre lampe fluorescent compacte filtrée avec le filtre Bleu : 13 Lycée international des Pontonniers

14 3.3 Boîte d expérimentation Construction de la boîte La boîte d expérimentation23 est un parallélépipède rectangle hermétique. Notre boîte est constituée de deux chambres. L une est éclairée durant l expérimentation et l autre non. Une plaque sépare les deux chambres au milieu de la boîte. De plus, la chambre destinée à être éclairée possède une orifice située sur le haut de la boîte à travers lequel une sonde thermique est insérée pour mesurer la température de la pièce 24. La première est pourvue d un trou à travers lequel un filtre est posé pour les expériences le nécessitant. Une lumière est aussi placée au dessus de cet orifice éclairant donc la première chambre. Une caméra est déposée sur le haut de la boîte nous permettant d observer la première chambre à travers un trou. La deuxième chambre n a pas d ouverture. Nous n y avons pas placé de caméra pour des raisons évidentes de manque de luminosité. Notre objectif est aussi de faciliter un maximum le déplacement entre les deux pièces. Pour cela un passage d une hauteur de 1 centimètre et de 14 centimètres de large25 a été découpé dans la plaque intérieure. 3 centimètres sont pris de chaque côté de l ouverture pour consolider l édifice. En termes de dimension, la boîte mesure 21x31.5 centimètres et 20.5 centimètres de hauteur. 23 Cf annexe Cf sur 20 centimètre de largeur totale des pièces. 24 Cgénial Lycée international des Pontonniers

15 Chaque chambre fait 20x15 centimètres et 15 centimètres de haut. 26 Nous avons décidé de construire notre boîte en carton mousse. Cette matière solide mais extrêmement simple à découper réponds parfaitement à nos critères pratiques et financiers. Pour l assemblage, nous utiliserons de la colle chauffée par un pistolet. La plaque du haut est amovible et donc encastrée dans les autres plaques Mesures de précaution Lors de la mise au point de notre boîte, nous avons inclus plusieurs mesures visant à limiter les facteurs pouvant perturber l expérience. Les nombreux trous que nous avons dû percer pour l appareil photo et la sonde thermiques constituent un risque élevé de perturbation. En effet de la lumière non souhaitée pourrait y passer ou l air extérieur tout simplement pourrait attirer ou repousser les fourmis. Pour cela, nous avons utilisé des ballons de baudruches découpés. Ceux ci sont collés au niveau des trous et tout objet devant y passer est d abord entouré par le ballon de baudruche. Ainsi l air, la lumière ou tout autre élément extérieur sera conservé en dehors de la boîte d expérimentation. 27 Lors de notre rencontre avec M.Beachler, celui ci nous alerta du danger des vapeurs de colles. En effet la colle peut dégager des vapeur nocives plus ou au moins dérangeantes pour les fourmis. Pour limiter ce facteur, nous avons laissé la boîte ouverte pendant plusieurs jours pour permettre l aération de cet espace. D autre part pour être certain de l herméticité de la boîte et de la précision des collages, nous avons utilisé un système d assemblage des plaques en emboîtement. Nous avons ainsi évité un orifice non souhaité au niveau de la jonction des différentes plaques. Pour parfaire ce système, nous avons également appliqué du silicone à l'intérieur de la boîte pour empêcher le passage d air et du ruban adhésif opaque à l extérieur pour empêcher l entrée de lumière. 26 la boîte a pu subir quelques ajustements sur certaines mesures 27 Cf annexe 15 Lycée international des Pontonniers

16 4. Protocole 4.1. Protocole expérimental détaillé Ce protocole a pour but de permettre la réalisation de l expérience de façon organisée et méthodique. Il est conseillé d avoir pris connaissance du reste du dossier avant d expérimenter. Ainsi, certaines des notions ou dénominations utilisées ci dessous sont expliquées dans la partie 28 suivante. De plus, il est impératif de suivre les étapes minutieusement afin d obtenir des conditions similaires pour chaque expérience. La plupart du matériel nécessite des caractéristiques bien précises. Toutes les informations nécessaires, notamment l emplacement des différents éléments, sont présentes dans la partie 3. Choix et établissement des éléments. Remarques: Certaines étapes nécessitent plusieurs manipulations plus ou moins délicates. Il est donc plus simple de manipuler à plusieurs. Tout au long de l expérimentation, les fourmis risquent de chercher à fuir de la boîte. Veillez à toujours surveiller toutes les fourmis. Il est indispensable pour le bon déroulement de l expérience que les fourmis soient parfaitement aptes à se déplacer. Pour cela, agissez avec grande délicatesse lorsque vous les déplacez. Tout au long de l expérience, notez toute observation. Vérifiez aussi qu au cours de l étape 1 aucune chambre n est pertinemment privilégiée par les fourmis. 28 Cf Lycée international des Pontonniers

17 1. Au moins 1:00 heure avant le début des expériences, placez 3 fourmis dans la boîte en 29 conditions d expérimentation (matériel et couvercle installé ) avec l éclairage éteint. Contrôlez régulièrement la température. 2. A l aide d un coton tige, ramenez toutes les fourmis dans une même chambre et placez la porte entre les deux chambres. Placez le filtre souhaité (pas de filtre pour la première expérience) dans l orifice prévu à cet effet. Vérifiez que tous les éclairages sont éteints et patienter 5:00 minutes. 3. Allumez la caméra. Au même instant, enlevez la porte, placez la lampe au dessus du filtre et lancez un chronomètre. 4. Vérifiez via la caméra que la pièce est pleinement plongée dans la couleur souhaitée et que l expérience se déroule correctement. Contrôlez la température avec la sonde thermique. 5. Au bout de 2:00 minutes, interrompre l enregistrement. 6. Reprendre à l étape 2 avec un filtre bleu, puis rouge, puis vert. 29 Cf Lycée international des Pontonniers

18 4.2. Précautions Conditions générales Afin d être certain de l obscurité totale de la chambre 2, nous avons décidé d'expérimenter dans une pièce totalement plongée dans le noir. La seule lumière présente se trouvait donc dans la première chambre. Il nous a aussi semblé important de ne pas déplacer la boîte une fois les fourmis à l intérieur pour ne pas les déranger ni les affoler par des vibrations. L ordre d utilisation des filtres fut aussi source de réflexion. Nous avons donc décidé de 30 commencer par la lumière blanche pour suivre la logique de notre démarche. Prévoyant une 31 attitude différente des fourmis avec le filtre rouge, nous avons choisi d utiliser celui ci entre les expériences avec les deux autres filtres. Ainsi, un changement de comportement avec le filtre rouge et non avec le filtre utilisé à la suite écarterait le risque d une perturbation des conditions survenue en milieu d expérience. Après la lumière blanche, l ordre d utilisation des filtres sera donc bleu, rouge puis vert. Il était aussi nécessaire de trouver un facteur permettant de fixer un instant T, début de notre expérience. Nous avons donc décidé que ce facteur serait l allumage de la lampe. Il nous a semblé aussi plus logique de placer toutes les fourmis dans la pièce éclairée au début de l expérience. Si nous les avions laissées aller à leur gré dans la boîte avant l expérience, certaines se seraient trouvées dans la pièce obscure et ne nous auraient donc pas permis d observer leur réaction à la lumière. Pour cela, nous avons décidé d encastrer une porte dans le point de passage entre les deux chambres. Celle ci permet de contenir les fourmis dans la pièce destinée à être éclairée nous permettant donc de toutes les placer à la lumière Température Dès le début de nos travaux, nous avons pris conscience de l enjeu qu est la température dans notre expérience. En effet, la lampe utilisée peut, en fonction de son type, émettre plus ou 32 moins de chaleur. Une chaleur plus forte dans une pièce pourrait attirer ou repousser les fourmis. Nous avons donc choisi dans un premier temps des éléments émettant une chaleur minimale mais dans un deuxième temps, nous avons aussi choisi d utiliser un thermomètre. Celui ci nous a permis de contrôler la température à l intérieur de la chambre éclairée. Nous avions choisi dans un premier temps un thermomètre de cuisine mais nous nous sommes ensuite tournés vers une sonde plus précise conçue spécialement pour la surveillance d élevage d insectes. Nous avons pris le parti de ne placer de thermomètre que dans la première chambre, voulant limiter l ajout d objets dans la boîte. Pour pouvoir comparer la température après l apparition de 30 sans filtre 31 Cf Cf Lycée international des Pontonniers

19 la lampe, nous avons décidé d allumer le thermomètre dès la période d habituation des individus (voir ci dessous). Les valeurs obtenues à ce moment peuvent donc servir de témoin et permettent d observer une éventuelle montée de température Habituation des individus La boîte constitue un environnement nouveau pour les fourmis cobayes. En commençant l expérimentation directement après les avoir déposées dans la boîte, elles risquaient de se rendre dans l autre chambre pour la découvrir et non à cause d un facteur de luminosité. Pour éviter cette nuisance, nous avons placé les fourmis dans la boîte une heure avant le début de notre expérience. Elles ont ainsi pu découvrir et s habituer à leur nouvel environnement à leur gré. De plus, le temps d habituation sera effectué dans l obscurité afin d accentuer le contraste d éclairage avec les expériences. Nous avons fixé la durée d habituation à une heure. Il est nécessaire avant le début de chaque expérience de placer toutes les fourmis dans une 33 même pièce. Lors de cette manipulation et aussi lors des expériences, les fourmis seront inévitablement placées à la lumière. Ainsi, la ré habituation a lieu dans l obscurité pour la raison énoncée précédemment. Nous avons donc entrepris un temps de ré habituation à l obscurité avant chaque expérience fixé à cinq minutes. Nous avons choisi d installer le matériel avant le premier temps d habituation, ainsi nous avons limité les secousses de la boîte et les fourmis ne l ont pas découvert au moment de l expérience Résultats attendus Notre expérience a pour but de démontrer une affirmation scientifique utilisée par des professionnels. C'est pourquoi il nous est possible de prévoir les réactions de nos individus à l'expérimentation. Lors de l expérience avec l exposition à la lumière blanche, il nous semble probable que les fourmis montreront des signes d excitation et se réfugieront dans la salle obscure. La lumière 34 blanche semble en effet leur être dérangeante et il serait donc logique qu elles cherchent à l éviter. Avec l exposition à la lumière verte et à la lumière bleue, nous pensons que les fourmis vont réagir de façon similaire ou plus lente. En effet, les filtres isolent une partie du spectre de la lumière blanche et diminue donc l intensité (soit la gêne occasionnée) de la lampe. Cependant l intensité de la lumière verte ou bleue devrait rester suffisante pour les déranger. 33 cf cf Carnet de bord 19 Lycée international des Pontonniers

20 En revanche, lors de l'exposition à la lumière rouge, il nous semblerait logique que les fourmis ne montrent aucun changement particulier dans leur état. En effet, d après nos recherches leurs yeux ne peuvent pas voir la lumière rouge et elle se croiraient donc dans l obscurité. Elles ne seraient donc pas dérangées et ne montreraient aucun signe d excitation 5. Résultats 5.1 Résultats expérimentaux Etape Remarque Vidéo associée Habituation Réhabituation Expérience Lumière Blanche Réhabituation Expérience Lumière Bleu Réhabituation Expérience Lumière Rouge Réhabituation Expérience Lumière Vert 1 heure 5 minutes Une des fourmis quitte la salle éclairée dés les 10 premières secondes. Une deuxième fourmis quitte la salle éclairée au moment ou la première re rentre dans la salle éclairée. Puis elle retourne dans la salle obscure. A 34 secondes les 3 fourmis sont dans la salle obscure. Puis elles reviennent les 3 en même temps, puis retourne dans la salle obscure une après l autre à 1 minute 30. A 1 minute 44 une fourmis revient dans la salle éclairée. 5 minutes La première fourmis quitte la salle éclairée au bout de 26 seconde. La deuxième quitte la salle éclairée au bout de 47 secondes La troisième au bout de 50 secondes. A 1 minute 34 une fourmis ressort de la salle obscure et reste dans la salle éclairée jusqu à la fin de l expérience. 5 minutes Les fourmis restent dans la salles éclairée par la lumière rouge. Elle font des tours de la salle, mais ne vont jamais dans la partie obscure de toute l expérience. 5 minutes Les 3 fourmis rentrent en même temps dans la partie obscure au bout de 26 secondes Une fourmis revient de 1minute06 à 1minute 37. V1 V2 V3 V4 20 Lycée international des Pontonniers

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