Comportement collectif, Systèmes biohybrides, Modélisation, Interaction robot-animaux, Robots biomimétique, Poisson-zèbre

Le mouvement collectif est un phénomène observable dans tout le règne animal et notamment chez les poissons. Néanmoins, malgré un grand nombre d'études sur le sujet, les mécanismes de prises de décisions durant ces évènements collectifs sont encore mal compris.Dans cette thèse, nous avons cherché à mieux comprendre les déplacements collectifs en étudiant plus précisément les prises de décision, l'organisation et la cohésion de groupe de poissons sociaux. Nos travaux utilisent le poisson-zèbre (Danio rerio), qui est un modèle d'étude dans différents domaines de recherche. Pour analyser la cohésion au sein de groupes de différentes tailles ainsi que l'organisation du leadership, nous avons développé un environnement contraint spécifique composé de deux chambres reliées par un couloir. Le comportement collectif des poissons-zèbres en environnement contraint a ensuite été décrit dans un modèle stochastique multicontextuel. Nous avons également développé un agent robotique afin de déterminer l'importance de l'aspect et du comportement pour s'intégrer de manière autonome au sein d'un groupe de poissons. Enfin, après son intégration au groupe, nous avons utilisé ce robot poisson biomimétique et autonome pour tester nos hypothèses sur les différentes règles à l'œuvre dans les mouvements collectifs en influant sur les mouvements du groupe de poisson.Nous sommes parvenus aux résultats suivants. Dans un environnement contraint, les poissons utilisent les chambres comme zones de repos et transitent fréquemment d'une zone à l'autre. Nous avons observé que la taille des groupes de poissons a une influence sur la forme et la proportion de ces transitions. La taille des groupes modifie également la cohésion entre les individus et leur utilisation de l'espace. Nous avons étudié plus précisément les prises de décision lors des transitions, et tout particulièrement le fonctionnement du leadership. Nous avons fait apparaître que le leadership est partagé entre tous les individus d'un groupe, avec néanmoins des modalités de partage hétérogènes entre les différents groupes étudiés. Le modèle stochastique développé à partir de ces différents résultats simule correctement le comportement de groupe de poisson dans un environnement contraint, en utilisant des valeurs de paramètre différentes en fonction de la position de l'agent. Nous avons réussi à intégrer un robot poisson, autonome et biomimétique, au sein de groupe de poisson-zèbre. L'utilisation du modèle stochastique pour guider le robot a mis en évidence l'importance d'un comportement biomimétique dans le phénomène de reconnaissance d'un conspécifique. Enfin, nous avons modulé le comportement du poisson-zèbre avec le robot poisson en provoquant des départs collectifs ainsi qu'en biaisant de manière significative la répartition des poissons entre les deux salles. Ces succès nous permettent de valider les hypothèses émises sur le leadership et la cohésion chez les poissons sociaux.