La Ruche

Une ruche est une structure artificielle, presque fermée, abritant une colonie d’abeilles butineuses qui vit, produit du miel et élève de nouvelles générations d’abeilles.

Il s’agissait autrefois d’une structure tressée ou creusée dans un tronc mort. Il s’agit aujourd’hui généralement d’une caisse de bois, construite par un apiculteur. Les abeilles y construisent leur nid pour élever leur progéniture et entreposer du miel pour l’hiver suivant, selon un rythme de vie bien défini. L’équivalent naturel de la ruche est souvent nommé « nid ».

Dans tous les cas, la structure interne de la ruche est une matrice dense de cellules hexagonales de cire d’abeille, appelée un nid d’abeilles. Les abeilles utilisent les cellules pour le stockage de la nourriture (miel et pollen), et pour le renouvellement de la population (œufs, larves et pupes). Seules les espèces du sous-genre Apis sont élevées dans des ruches construites par l’Homme, mais seulement deux espèces ont pu être domestiquées (Apis mellifera en occident et Apis cerana en Orient).

À l’état naturel, les abeilles sauvages peuvent établir leur colonie à l’air libre, à partir d’un essaim suspendu à une branche d’arbre, dans des anfractuosités, cavité d’un arbre creux (vivant ou mort), anfractuosité dans la roche, cheminée ou cavité dans une construction, etc.

Un groupe de ruches est un rucher. Le plus grand rucher d’abeilles domestiques de France se trouve à Montfrin, dans le Gard.

L’apiculture regroupe les connaissances liées à l’élevage d’abeilles domestiques et à la construction de ruches.

 On peut dire que les ruches traditionnelles, en paille, ne font qu’apporter une enveloppe à la colonie des abeilles. Parce qu’il n’y a pas de structure à l’intérieur d’une ruche traditionnelle, les abeilles remplissent leur ruche de miel, déposé dans des alvéoles de cire, appelés alvéoles à miel.

 

L’alvéole à miel se lie fortement, et on ne peut le déplacer sans le détruire. Donc, la récolte du miel détruisait en général la ruche, malgré les modifications apportées pour éviter sa destruction.

 On extrayait en général le miel des ruches traditionnelles par pressage ou tapotage, ce qui écrasait les alvéoles faits de cire. À cause de cette méthode de récolte, les ruches en paille fournissaient plus de cire mais moins de miel qu’une ruche moderne.

En général, on n’utilise plus de ruches en paille, et, de plus, elles ont été déclarées non réglementaires dans beaucoup de pays : elles ne permettent pas d’inspecter les abeilles et les alvéoles pour détecter les maladies et les parasites, sans destruction des alvéoles, et souvent de la colonie.

Il y a trois sortes de ruches traditionnelles : les ruches en tuiles, les ruches en paille et les ruches de gomme.

Il existe également des ruches emmurées, notamment dans la Manche

L’apiculture moderne a apporté les ruches divisibles, à cadres amovibles, facilitant la conduite des ruches..

 

Alvéoles d’abeilles

Les alvéoles d’abeilles, construits en cire par les abeilles ouvrières afin de stocker le miel et le pollen ou les œufs et les larves, sont des prismes juxtaposés d’axes horizontaux qui constituent le gâteau de cire. Ce gâteau de cire est ainsi formé de deux séries d’alvéoles hexagonaux se rejoignant en leur base.

Mais ce qui est vraiment surprenant, c’est la forme plus que singulière de ces alvéoles. L’autre extrémité de ces cellules n’est pas un hexagone régulier, mais un emboîtement de trois losanges identiques, appelés rhombes. Les prismes ne se raccordent donc pas par leur surface hexagonale, mais justement par ces losanges, chaque cellule étant adossée, décalée, à trois autres au moyen de ces surfaces.

La construction de l’alvéole commence par le fond. L’épaisseur des parois est infime (moins de 300 micromètres, c’est diaphane-translucide), seul le bord supérieur est plus épais, pour éviter l’effritement.

La forme hexagonale des alvéoles fut repérée par Aristote dès le IV^e siècle av. J.‑C. (Histoire des animaux) puis traitée géométriquement huit siècles plus tard par Pappus, mathématicien grec ; mais ce n’est qu’au XVIII^e siècle que cette forme rhomboïdale fut remarquée. Ainsi, Maraldi, astronome à l’Observatoire de Paris, détermina expérimentalement en 1712 la valeur des angles de ces rhombes, égale à 109° 28′ et 70° 32′.

Intrigué par la complexité de ces formes, le physicien Réaumur soupçonne les abeilles de construire leur gâteau de cire dans un souci d’économie (voir l’article Apiculture). Afin de vérifier son hypothèse, il demanda au géomètre allemand König de déterminer quelle était la cellule hexagonale à fond composé de trois rhombes égaux qui pouvait être construite avec le moins de matière possible. Par calcul différentiel, König trouva en 1739 que les angles de ces losanges devaient être égaux à 109°26′ et 70°34′. La correspondance de ce résultat avec celui de Maraldi est déjà étonnante, mais elle fut améliorée en 1734 par le mathématicien écossais Maclaurin qui démontra que König avait commis une erreur dans ses calculs, et que les angles des losanges correspondant à l’utilisation d’un minimum de matière étaient justement ceux indiqués par Maraldi : 109° 28′ et 70° 32′ [les valeurs mathématiques optimales sont égales respectivement à Arc cos (-1/3) et Arc cos (1/3)]. C’est bien l’angle des faces de contact de 4 bulles de savon qui se rencontrent en un point. Les bulles de savon réalisent toujours, à cause de leur tension superficielle, la surface minimale à contrainte de contour donné.

C’est Réaumur qui propose l’idée originale et avant-gardiste de prendre comme unité de mesure le côté du pavage hexagonal et regrette beaucoup qu’il n’en fût pas fait de mesure dans les civilisations anciennes, car cela aurait donné une traçabilité des unités de mesure.

On retrouve sur ce problème : Lhuillier (Berlin, 1781), Lalanne (Ann.sc.nat. 1840), Brougham (CRAS, 1858) et Hennessy (proc. roy. soc. London, 1886), avec évidemment Buffon et Plateau. Buffon commet une erreur : son idée, souvent reprise hélas, est FAUSSE : qu’on comprime simultanément deux ensembles de cylindres de cire allongés ; ils prendront cette forme hexagonale. C’est possible, mais les abeilles ne procèdent pas de cette manière (HUBER, Paris, 1814, observation des abeilles) : elles commencent par construire le fond, puis les faces des cylindres hexagonaux ! Elles ont donc en elles une adaptation à la construction d’un tel gaufrage du fond. Cela procède certes du tassement simultané en recto-verso de la cire, et l’explication de Buffon n’est donc pas à négliger, mais cela ne correspond pas à une situation de toutes les alvéoles, ensemble, comme on le voit écrit parfois.

 

L’Abeille et l’hexagone

Pourquoi un hexagone ?

Le premier souci des abeilles est de paver le plan pour pouvoir ensuite paver l’espace. On connaît trois polygones réguliers permettant de paver le plan : le triangle équilatéral, le carré et l’hexagone. Or, on peut démontrer que, parmi ces trois polygones réguliers, pour une même surface, l’hexagone est le polygone régulier offrant le plus petit périmètre.

Cependant, on pourrait se demander si l’hexagone est bien le pavage du plan le plus économique. En effet, on pourrait envisager de combiner des polygones de toutes sortes, qui ne sont pas forcément réguliers ni même dont les côtés forment une ligne droite. On ne savait pas grand-chose sur ce sujet jusqu’en 1943, date à laquelle le mathématicien hongrois Fejes Tóth démontra que la structure hexagonale régulière restait le polygone le plus économique pour paver le plan parmi tous les polygones à côtés droits.

Mais que se passe-t-il lorsque les côtés sont courbes ? Fejes Tóth pensait que la structure hexagonale régulière resterait la plus efficace, mais il ne parvint pas à le démontrer.

Ce n’est qu’en 1999 que Thomas Hales présente sa preuve en 19 pages (Honeycomb Conjecture).

Pourquoi des rhombes ?

Le fond formé de trois rhombes permet un adossement simple des alvéoles. Il est même facile de prouver qu’il est plus économique qu’un fond plat hexagonal mais reste-t-il le moyen le plus économique ?

 

En 1964, Fejes Toth a démontré que si le fond était formé de deux petits hexagones ainsi que de deux losanges, à la place de trois rhombes, la quantité de cire serait, pour un même volume, inférieure de 0,35 % à ce qu’elle est avec les losanges.

Calcul des angles

Pour déterminer les angles des rhombes minimisant la surface des alvéoles de la ruche, on peut déjà remarquer que le remplacement d’un fond hexagonal AB′CD′EF′ par un fond formé de 3 rhombes de diagonales AC, CE, EF, ne modifie pas le volume de l’alvéole. En effet, le volume ôté est exactement égal au volume ajouté.

Il s’agit maintenant de comparer les surfaces.

                                                   

 

Nid d’Abeilles

 Les structures en nid d’abeilles (NIDA ou NIDAPLAST) comparables aux alvéoles d’abeille (ou de guêpes…), servent à renforcer la résistance d’un élément tout en garantissant une légèreté maximale. Les nids d’abeilles peuvent être constitués d’aluminium, de papier carton ou de matière plastique synthétique.

Un mode de production consiste à sortir des plaques qui sont ensuite pliées (gaufrage) et assemblées pour former des alvéoles hexagonales.

Un mode de production plus performant a été obtenu dès le milieu des années 1980 en France, pour la production de nid d’abeilles à base de matière plastique (polypropylène) à partir du procédé d’extrusion par la société Induplast qui deviendra par la suite la société Nidaplast.

Dans l’industrie des composites, l’âme d’un panneau sandwich est souvent constitué d’un nid d’abeilles sur lequel sont apposés des peaux à base de résine et de fibre de verre. L’âme procure ainsi au panneau une résistance en compression plus importante, une plus grande capacité de déformation (selon le type d’âme utilisé), ainsi qu’un taux de vide avoisinant les 95 % permettant une légèreté du matériau.

Elles sont employées en particulier dans l’industrie aéronautique pour le remplissage de volumes creux comme par exemple les « saumons » de voilure ou de gouvernes, mais aussi dans l’automobile, le nautisme, l’éolien.

Les nids d’abeilles sont également utilisés dans les travaux publics depuis le milieu des années 1980, assemblés en blocs de grande dimensions, ils associent légèreté (95 % de vide) et forte résistance en compression verticale.

Commercialisé par la société Nidaplast Honeycombs, ces blocs de nid d’abeilles donneront naissance à une nouvelle famille de matériaux, les SAUL pour Structure Alvéolaire Ultra Légère qui feront l’objet d’un guide, Les SAUL en remblai allégé par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées en 1992.
Ces blocs seront utilisés en remblai allégé pour le soutènement et le renforcement de sol.

Puis ces nids d’abeilles seront exploités pour leur taux de vide de 95 % de volume utile ainsi que leurs propriétés hydrauliques pour être utilisés en gestion et stockage des eaux pluviales, sous forme de Bassin de rétention des eaux pluviales enterrés sous espace vert, voirie, autoroute.

Cette solution fera également l’objet d’un guide, Les Structures Alvéolaires Ultra Légères SAUL en assainissement pluvial, édité en juin 1998 par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées et le CERTU (Centre d’Étude sur les Réseaux, le Transport et l’Urbanisme).

 

 

Essaim

 

Un essaim est un rassemblement en nombre important d’insectes de la même famille. Le phénomène dit de « nuées » ou « tempêtes d’insectes » n’a pas d’origine météorologique directe mais elles sont saisonnières et liées aux épisodes de sécheresse et pluies qui régulent l’offre en nourriture des insectes. Elles se produisent lorsque certaines populations d’insectes (par exemple des sauterelle ou des criquets) qui s’est massivement reproduite dans un lieu humide, initialement favorable à leur développement, ne parvient plus à subvenir à ses besoins alimentaires. De tels phénomènes se produisent plus rarement avec des coccinelles ou des mouches. Des nuages denses de certains papillons migrateurs pouvaient évoquer de tels phénomènes, donnant une impression de tempête de neige au passage des cols (par exemple dans les Pyrénées) ou dans certaines vallées en Europe, ou avec le monarque américain là où ses vols étaient particulièrement denses.

Ces insectes sociaux deviennent alors grégaires et se massent alors en bandes denses, se déplaçant en dévorant une très grande partie de la végétation sur leur passage. Ce phénomène dévastateur est connu depuis l’antiquité (présenté comme la huitième des dix plaies d’Égypte par la Bible) se produit dans les zones tropicales semi-arides (notamment en Afrique sub-sahélienne).

L’essaimage, formation d’un essaim, est un processus bien décrit chez les abeilles.L’essaimage est un mode de multiplication par division naturelle. La constitution d’un essaim se produit généralement avant les miellées ou après. Lorsque la colonie est prise de « la fièvre d’essaimage », le processus se met en route. Les abeilles ont bâti une cellule particulière, plus grosse que les autres et qui a la particularité de pendre, contrairement aux cellules de mâles, d’abeilles ou de miel. Quand la reine consent à déposer un œuf femelle dans cette alvéole, le processus est engagé. 15 jours plus tard, une jeune reine naît, la ruche se trouve avoir deux reines : la vieille, et la jeune. C’est la vieille reine qui partira, à l’occasion d’un début d’après midi ensoleillée, lorsque la fièvre d’essaimage aura repris tout un groupe d’abeille, qui se tiendra prêt au départ dans la ruche, mais aussi aux abords, certaines abeilles étant parties en éclaireuses dans le but de trouver un nouveau logis. Lorsque le signal est donné, il se produit un impressionnant ballet d’abeilles au dessus de la ruche, qui bientôt quittera la ruche, pour aller se fixer soit dans l’endroit que les éclaireuses ont trouvé par avance, soit sur un objet quel qu’il soit, en attente de bonne nouvelles des éclaireuses.

Dans le cas où elles ne trouvent pas d’emplacement correct, il peut arriver qu’elles restent à l’endroit où elles sont accrochées. Elles y fixent et bâtissent des cires, où elles ne tardent pas à déposer du miel et où la reine ne tarde pas de pondre, afin d’assurer le renouvellement des générations, et ce le plus vite possible.

Le caractère des abeilles qui essaiment est normalement d’une grande douceur. Il est possible d’approcher ou toucher un essaim sans danger. Il est possible d’installer l’essaim sur une partie de votre corps même nu, cela fait l’objet de concours. Un tempérament calme et des mouvements très lents sont nécessaires dans toutes les manipulations, afin de laisser les populations d’abeilles prendre leur place sans se froisser, et pour ne pas que vous soyez identifié comme un ennemi ou prédateur. Toutefois il est bon de savoir que toute abeille que vous écrasez vous piquera en retour, quelle que soit son humeur.