SIMBACA

Présentation du projet SIMBACA

La surmortalité des colonies d’abeilles observée depuis 20 ans peut avoir des causes multiples tels que climat, agents pathogènes et parasites ou encore pesticides [1,2]. Dans le projet SIMBACA (Simulation à base d'agents d'une colonie d'abeilles), apiculteurs, experts en biologie de l’abeille et experts en modélisation et interaction collaborent pour simuler une colonie d’abeilles située dans une ruche Dadant afin d’évaluer l'impact de ces différents facteurs et des pratiques apicoles sur la santé de la colonie.

Objectifs du projet

Nous proposons dans SIMBACA de modéliser une colonie d’Apis mellifera dans une ruche Dadant, largement répandue en apiculture, en prenant en compte l’écosystème dans lequel la ruche est située et son impact sur la colonie . Nous cherchons en particulier à permettre l’interaction entre l’utilisateur et une simulation observable en 3D construite à partir du modèle. L’interaction avec le simulateur concerne deux usages différents :

1. Un usage pédagogique, pour permettre à des apiculteurs débutants ou confirmés l’apprentissage des bonnes pratiques apicoles au travers de scénarios prédéfinis et de moyens d’interaction réalistes ;
2. Un usage scientifique, à destination des biologistes et des apiculteurs, pour l’évaluation de phénomènes d’ordre écologiques, comme l’impact de Varroa ou d’autres parasites et pathogènes (Nosema, virus), et anthropiques, comme les effets des pesticides et les pratiques apicoles (e.g. stratégies de lutte intégrée contre Varroa ou stratégies d’hivernage des colonies).

Propositions

Pour mettre en place une telle interaction, nous travaillons sur deux aspects, en collaboration avec nos partenaires :

1. Faire un modèle informatique de la colonie qui permette d’interagir localement au niveau des abeilles, et qui intègre des phénomènes complexes comme le recrutement, la thermorégulation, l’auto-adaptation ;
2. Créer une représentation virtuelle de la ruche et intégrer des moyens de visualisation et d’interactions avec la colonie, qui soient réalistes, intuitifs, et ergonomiques.

Approche Scientifique : Modèle à base d’agents d’une colonie d’abeilles

Les modèles à base d’agents reposent sur une description du comportement et des interactions des individus composant le système complexe (niveau « micro »). Les modèles de population, parce qu’ils se concentrent sur la colonie (le niveau « macro »), ne prennent pas en compte le niveau « micro » et ses liens existants avec le « macro » [3] et ne permettent donc pas d’interagir localement avec la colonie tel que nous le souhaitons. A l’opposé de ces modèles, l’approche à base d’agents se concentre sur l’individu pour obtenir par émergence le comportement global recherché. Elle est de ce fait particulièrement adaptée pour modéliser une colonie d’abeilles, où plusieurs dizaines de milliers d’abeilles interagissent et vivent ensemble pour former un système complexe.

Dans notre cas, les nombreuses interactions, en apparence simples, entre plusieurs dizaines de milliers d’abeilles au niveau « micro », engendrent l’émergence de phénomènes complexes au niveau « macro » tels que des facultés d’auto-adaptation et d’auto-organisation de la colonie. Par exemple, les abeilles peuvent changer de rôles selon les besoins de la colonie, et elles régulent la température du couvain [4].

Dans un tel modèle, nous nous concentrons donc sur l'abeille en tant qu'individu, en modélisant son cycle biologique, son comportement, les interactions qu'elle peut avoir avec les autres abeilles et son environnement, etc. Ce modèle devra être calibré et validé à partir, d’une part, des données existantes de la littérature, et d’autre part, des données récoltées sur les ruchers par les partenaires biologistes et apiculteurs.

Exemple d'applications possibles

Application à une stratégie de lutte intégrée contre Varroa : Le retrait du cadre de couvain de mâles

Le retrait du cadre de couvain de mâles est une méthode alternative de lutte contre le parasite Varroa Destructor qui n’inclue pas l’usage de pesticides. Elle se base sur le constat que les cellules de mâles attirent de façon significative le Varroa [5]. Elle consiste donc en des retraits réguliers des cadres contenant du couvain de mâles, pour détruire les Varroa présents dans les cellules. Cette méthode est souvent couplée à un traitement non chimique à l’automne, à base d’acide oxalique ou formique, après encagement de la reine.

La méthode du retrait de cadre du couvain de mâles est prometteuse [6], mais pour l'appliquer, il faut au préalable fixer les paramètres suivants, dépendants de la variabilité du climat, de l’état initial des colonies, de la santé des reines et de la disponibilité en nectar et pollen au cours de la saison :

• Périodes des retraits
• Date de la 1ère opération
• Nombre de retraits
• Réutilisation du même cadre ?

Alors comment trouver les meilleurs paramètres ?

Grâce à notre simulateur de ruche virtuelle, nous pourrions par exemple mener des expérimentations à la fois in-vivo et in-virtuo, c’est-à-dire conduites avec le simulateur, dans la ruche virtuelle. On pourrait proposer le protocole suivant, sur 3 ans, :

2 expérimentations in-vivo sur des ruchers dans le Finistère et à Avignon :

• 1 lot témoin et 3 lots pour tester un des paramètres, par exemple le nombre optimal de retraits ;
• Comptage régulier des Varroa.

En parallèle, expérimentation in-virtuo, avec la ruche virtuelle, pour identifier les meilleures combinaisons de paramètres selon le contexte à court, moyen et long terme.