Une étude, dont les résultats intitulés «Self-organized biotectonics of termite nests» sont publiés dans la revue PNAS, a permis de montrer, grâce à une combinaisons des techniques d’imagerie 3D et de modélisation mathématique, que l’architecture des nids de termites du genre Apicotermes résulte d’interactions comportementales et physiques simples entre les termites et les structures qu’ils construisent et que les rampes linéaires et hélicoïdales reliant les différents étages d’un nid découlent de défauts topologiques (ou dislocations) qui émergent au cours de la construction et du remodelage du nid.

Soulignons tout d'abord que les termites du genre Apicotermes, qui «vivent exclusivement en Afrique dans la forêt et la savane et construisent leurs nids sous terre entre vingt et soixante centimètres de profondeur», ont «développé l’art de la construction des nids à un niveau inégalé dans le règne animal».

La surface de ces nids, «de forme ovoïde et pouvant atteindre une hauteur de quelques dizaines de centimètres», est «couverte de petits orifices en forme de gargouilles disposées en lignes très régulièrement espacées et qui parcourent toute la circonférence externe de la paroi». L’intérieur des nids «est constitué d’une succession de vastes chambres superposées les unes aux autres et qui sont délimitées par des planchers parallèles et régulièrement espacés». La communication entre les différents étages du nid se fait par «des rampes linéaires et hélicoïdales».

En vue de savoir comment des insectes au comportement rudimentaire parviennent «à construire de tels chefs-d’œuvre d’architecture» et «quels sont les processus intervenant dans leur morphogenèse», l'étude ici présentée a, en premier lieu, «caractérisé et quantifié la structure tridimensionnelle des nids réalisées par ces termites au moyen de techniques d’imagerie 3D (tomographie aux rayons X)».

Ensuite, «un modèle mathématique simple reposant sur des observations expérimentales et décrivant les interactions physiques et biologiques entre les termites, une phéromone de construction sécrétée par ces derniers qui guide leur comportement bâtisseur et enfin la terre utilisée pour construire le nid» a été élaboré.

Au bout du compte, il est apparu «que les processus de morphogenèse des nids d’Apicotermes résultent d’une boucle de rétroaction complexe dans laquelle l'architecture du nid dicte à chaque instant les espaces accessibles aux termites», tandis que «la densité de termites dans les différentes zones du nid détermine à son tour la concentration de phéromone de construction qui y est présente» de sorte que cette dernière sert «de gabarit pour le remodelage de l'architecture du nid par les termites».

Il a été constaté que «les simulations numériques du modèle reproduisent fidèlement la structure des nids d’Apicotermes avec des planchers régulièrement espacés qui sont reliés en certains endroits par des rampes linéaires et hélicoïdales».

De plus, l’analyse du modèle montre «que ces rampes résultent de la création de défauts topologiques ou dislocations», car au cours du remodelage du nid, il arrive «que des planchers contigus ne soient plus alignés», ce désalignement créant «soit des 'dislocations coin' au niveau desquelles apparaissent des rampes linéaires reliant les étages adjacents», soit «des 'dislocations vis' (un désalignement des planchers autour d'un plan de glissement) qui fournissent l'axe de rotation autour duquel apparaissent des rampes hélicoïdales».

Ces résultats qui mettent en évidence que la complexité des nids construits par les termites découle «d’un décalage spatial et temporel dans la croissance des différents éléments qui les composent», illustrent «une des principales propriétés des processus d'auto-organisation chez les insectes sociaux qui est de permettre l'émergence de propriétés nouvelles à l'échelle collective à partir de comportements individuels et d’interactions physiques et biologiques extrêmement simples».