Le mystère des termitières qui jouent de l'orgue

(je candidate avec ce titre au concours "Titres ésotériques et sandwichs jambon-beurre 2013")

Tout le monde a une vague idée de à quoi ressemble une termitière africaine : un dôme conique en terre qui jaillit des herbes hautes de la savane.Parfois même avec un arbre dessus, pourquoi pas, allez hop. Ah oui, et souvent il y a des guépards qui vivent dessus, et des touristes pour donner l'échelle (piles vendues séparément).

J'avais pas de photo avec un guépard, mais les buffles c'est bien aussi

Et les termites vivent dedans ce gros tas de terre, et voilà, rien de compliqué dans tout ça. Ami lecteur, tu me diras que "C'est juste des insectes qui font des tas de boues, c'est bon on peut aller regarder les lions maintenant ? En plus si ça se trouve elles ont mêmes pas internet dans leur monticule, tellement elles sont nazes"
Mais t'es un ouf, cher lecteur, si je puis me permettre.
Un méga-ouf, même.
Déjà tu te fourres l'appendice dans l'œil, et ce jusqu'au pylore, mais en plus tu rates quelque chose de funkyflex.
Car oui cher lecteur adoré-mignon-gnon-gnon, les termitières sont des chefs d'oeuvrrrrre de la naturrrre. Accroche toi à ton slipou, c'est tipar pour la visite guidée.


Bon déjà, une précision importante : termite est un nom masculin, on dit UN termite.

Boum, première révélation. Moi non plus je m'y ferais jamais.

En pratique la plupart sont asexués, donc on dit… euh… je sais pas trop, une idée ? 

Ensuite, mettons les choses à l'échelle :  les termites atteignent rarement le centimètre et certaines termitières atteignent jusqu'à 9m de haut. Même si la moyenne haute reste aux alentours de 2 à 3 m, leurs habitations sont 500 fois plus grandes qu’eux : c’est comme si nous vivions tous dans des immeubles d'un kilomètre de haut ! Le Burj Khalifa, la plus haute construction humaine, atteint péniblement les 830 mètres...

Ça vaut tous les émirats du monde non ? Non ? Vraiment pas ?

Leur outil principal ? Leurs mandibules ! Le matériau de base ? Un mélange de sol, d'excréments (oui, ce n’est pas hyper glamour) et de salive (ah oui en plus elles les mâchent, trop classe...). Ce béton appliqué en couches va sécher et devenir dur comme de la pierre.

Ce dôme est traversé d’innombrables galeries, que l’on peut à loisir remplir de plâtre et observer ensuite tranquillement.

C’est la méthode de l’endocasting : on remplit (en tuant tout au passage, mais c'est pour la science alors c'est pas grave), on attend que ça sèche, et on gratte tranquillement ce qui reste. Source des images.

D’ailleurs cette technique a aussi été utilisée pour excaver une fourmilière africaine géante. Les chercheurs ont coulé 10 tonnes de ciment pendant des jours, et ont découvert ce qui ressemble vraiment à une ville souterraine ! Vidéo ici

Deuxième révélation : les plusieurs millions de termites d'une colonie n'habitent pas dans ce dôme hors du sol. Ils passent leur temps dans des loges situées sous la surface du sol où ils vivent, font de l'agriculture de champignon (on y revient après) et stockent de la nourriture : c'est le "nid".

 

Un schéma de termitière et une vraie photo d’un nid. Source là et là.

Cette colonie, composée de quelque 5 kg de termites et de 40 kg de champignons, respire autant qu'un animal de la taille d'une chèvre ! Il faut donc évacuer la chaleur et le dioxyde de carbone produits par la respiration, et les remplacer par un air oxygéné frais.

À quoi sert le dôme dans ce cas ? (Question rhétorique pas très subtile, vous savez très bien que la réponse est une ligne plus loin.)

Le dôme sert de cheminée, c'est un régulateur de chaleur et d'oxygène passif. Oui, les termites ont inventé la maison bioclimatique il y a 200 millions d'années ! En effet, les termitières sont des systèmes de conditionnement naturels de l'air, sans intervention d'un architecte ou même d'un système nerveux complexe. Juste la participation anonyme de plusieurs centaines de milliers d'individus.

Comment ça marche ?

Pendant longtemps (depuis 1961 en fait), on a pensé que les termites construisaient un dôme poreux pour que le vent s'y engouffre et rafraîchisse la termitière, un peu comme les tours à vent de Perse.

 

adgir (« tour à vent ») perse, et son mode de fonctionnement. Source de la photo

L'idée était la suivante : avec toutes ces galeries qui connectent les profondeurs de la termitière avec l'extérieur, si du vent traverse le dôme de surface cela produirait une dépression qui aspirerait l'air chaud venant du bas : c’est l'effet qui fait qu'une cheminée "tire" bien. On retrouve même des vidéos faites par la BBC expliquant ce modèle, et c'est aussi l'explication proposée sur wikipédia (en).

L'idée générale était donc que la termitière se refroidissait par convection, un phénomène analogue à ce qui se passe lorsqu'on ouvre les fenêtres dans une maison. D'ailleurs ce modèle marche vraiment : un immeuble zimbabwéen a été construit sur ce principe et en effet, il consomme 90% moins d'énergie tout en économisant 700 000$ de climatisation par an...

Cependant même si ce principe marche très bien pour refroidir des immeubles humains, ce n'est malgré tout pas comme ça que les termitières fonctionnent !

Les termitières ont une structure en deux parties : d'un côté le dôme visible, qui est traversé par de nombreuses et grosses galeries où le vent pénètre facilement, et de l'autre le nid où tout le monde habite. Dans les loges du nid où vivent les termites, les passages sont très étroits (quelques millimètres de diamètre) et sont connectés dans un réseau dense de petites chambres qui ressemble à un gruyère avec beaucoup de petits trous. Dans cette "éponge" très dense, l'air ne peut pas circuler massivement, et il s'ensuit que le modèle qui postule que le nid de la termitière se refroidit par des mouvements d'airs importants est au moins en partie faux ! Il y a bien des mouvements d'air dans le dôme, mais ils ne semblent pas atteindre le nid.

Une meilleure analogie pour comprendre est celle des poumons : dans les poumons, l'air que l'on inspire passe par trois phases. 

À l'entrée, il descend dans un mouvement de masse rapide dans la trachée (convection, en rouge). 

À l'extrémité terminale des poumons que sont les alvéoles, les échanges gazeux ne se font plus par mouvements de masse, mais par diffusion, car les tubes sont trop fins pour permettre des déplacements importants d'air (en bleu).

Et au milieu ? L'air subit l'influence mixte de la trachée (échanges par convection) et celle des alvéoles (diffusion), avec une dynamique très compliquée (en vert).

 

C'est ce régime particulier qui assure la communication entre deux systèmes différents, et c'est la même chose dans la termitière : dans l'éponge-gruyère au fond de la termitière l'air circule par diffusion tandis que dans le dôme où les passages sont plus larges, l'air circule par mouvements de masse. Et au milieu règne un régime intermédiaire !

Ce qui permet à la termitière de régénérer l'air du nid est donc ce fameux régime transitoire qui fait interface. Son fonctionnement est encore sujet à étude, mais deux pistes essentielles sont étudiées : 

 - les vents soufflants sur la termitière provoquent quand même une aspiration "effet cheminée" dans la colonne d'air du dôme (en rouge). Comme on l'a vu tout à l'heure, ça ne suffit pas pour renouveller l'air du nid, mais cela provoquerait des oscillations qui seraient suffisantes pour mélanger un peu les deux couches d'air,  et à terme rafraîchir un peu le nid (c'est le mécanisme nommé "Pendelluft"). 

 

Le mécanisme de Pendelluft en illustration : une oscillation un peu plus brutale que les autres va induire un peu de mélange entre les deux couches. source

- autre solution : on a vu tout à l'heure que le cône de la termitière était constitué de nombreux tubes, comme un orgue. Lorsque le vent extérieur s'engouffre dans la cheminée, il ferait vibrer certains de ces tubes à des fréquences très basses : les infrasons. Ce phénomène de résonance serait suffisant pour mélanger les couches d'air de la cheminée et du nid !

Ici on voit le fond de deux bouteilles fermées. Celle de droite subit une vibration infrason qui mélange très bien les deux phases de la fumée, et ce sans aucun courant d’air ! C'est le phénomène de mélange par résonance.

Conclusion sexy : les termites utilisent un orgue pour respirer.

Pour plus de détails sur ces phénomènes, voir ici (en anglais); un excellent site web sur le sujet. D’ailleurs ces effets sont tellement funky qu’ils sont étudiés pour améliorer la ventilation des mines de grandes profondeurs.

Nous avons donc une jolie preuve que les termites sont d'excellents bâtisseurs. Mais ils ne sont pas que de bons ingénieurs, ils sont aussi de bons agriculteurs : ils cultivent (littéralement) un champignon de la famille des lépiotes, qu’ils nourrissent avec des restes de végétaux prémâchés. Celui-ci s'occupera d'accomplir les étapes délicates de la digestion de la cellulose, trop résistante pour leur système digestif. Les termites consomment ensuite les sucres fournis par le champignon symbiotique. Et on ne mentionnera qu'a peine le fait que les termites sont des espèces clés de voûtes pour les savanes, qu'elles accélèrent la formation des sols, augmentent le nombre de fruits des arbres autour, la fertilité des insectes, la taille des végétaux et qu'elles boostent de façon générale la productivité primaire tout autour d'elles, à tel point que c'est visible par satellite.. 

 

 Chaque point rouge (sauf les gros) sont des termitières. Satellite en proche infrarouge [2]

Alors oui maintenant on peut aller voir les chatons à crinières, mais avec un peu plus de respect pour les tas de boues.. ;-)

Pour en savoir plus mieux bien :

[1]Le site de Scott Turner, à qui j'ai absolument tout piqué

[2] : Spatial Pattern Enhances Ecosystem Functioning in an African Savanna. Pringle RM, Doak DF, Brody AK, Jocqué R, Palmer TM (2010). PLoS Biol 8(5): e1000377. doi:10.1371/journal.pbio.1000377 

[3] : Il est possible de visiter l'intérieur de termitières sur ce site web : http://www.mesomorph.org/