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Quand les physiciens s'intéressent aux bancs de poissons

05/06/2014

Les physiciens du l'Iramis au CEA-Saclay, avec leurs collègues de l'Université Paul Sabatier à Toulouse, ont mis au point un modèle simple et réaliste pour prédire les différents modes de déplacement d’un banc de poissons. Ce modèle prédit l’existence de différentes phases dynamiques collectives (« essaim », « banc » ou « vortex »), en accord avec les observations expérimentales.

La compréhension des comportements de la « matière active » est un défi très actuel pour les physiciens spécialiste de la modélisation. Ces comportements peuvent être ceux de systèmes dynamique fini hors équilibre, que l'on peut observer à toutes les échelles. Il existe quelques cas modélisables comme le comportement collectif d’animaux.

Dans un premier temps, une minutieuse observation du comportement de véritables poissons regroupés en banc dans un bassin a permis l’identification de la nature des interactions entre individus. Chaque poisson nage à allure constante, en tournant de manière persistante, et ajuste à chaque instant sa vitesse en fonction de son entourage, en réponse à une interaction d’attraction avec les premiers voisins et une interaction d’alignement sur la direction de leur mouvement.

Les simulations, sur la base du modèle établi, ont ensuite été exploitées pour décrire la dynamique du banc. Le groupe peut passer d’un régime grégaire avec déplacement global (« essaim dirigé ») à un mouvement tourbillonnaire (vortex). Une exploration systématique des paramètres quantifiant l’alignement des individus et l’attraction par leurs voisins permet d’établir les différents comportements collectifs possibles : un comportement « d’essaim dirigé » apparait quand l’interaction d’alignement domine alors que si l’attraction par les voisins frontaux est privilégiée, le banc forme un mouvement tourbillonnaire (« vortex »). Au voisinage de la transition entre ces deux régimes, le groupe adopte un comportement intermittent qui oscille rapidement d’un régime à l’autre.

Cette étude sur les bancs de poissons est une des rares à établir un lien direct entre un modèle théorique et des données biologiques.

 
 

Pour en savoir plus :

L’actualité sur les pages internet de l'Iramis.

Découvrir le groupe Systèmes Physiques Hors-équilibre, hYdrodynamique, éNergie et compleXité