English German Espagnol Portugese Chinese Japanese Arab Rusian Italian Norvegian Dutch Hebrew Polish Turkish Hindi
Accueil du site > 02 - Livre Deux : SCIENCES > Atome : lois de la Physique ou rétroaction de la matière/lumière et du vide (...) > La neige dispose de nombreuses structures différentes et saute sans cesse (...)

La neige dispose de nombreuses structures différentes et saute sans cesse d’une à l’autre

vendredi 27 février 2015, par Robert Paris

La neige dispose de nombreuses structures différentes et saute sans cesse d’une à l’autre

L’AUTO-ORGANISATION DU FLOCON DE NEIGE

La neige obéit aux lois des structures auto-organisées formées par transition de phase, un vaste domaine de la physique…

Le flocon de neige est une structure complexe (une très grande variété de types de flocons) qui est produite par auto-organisation. Des procédures simples d’agrégation dendritique permettent de construire progressivement le flocon en fonction de la température, de la pression et de la densité. Il n’y a pas de modèle préétabli du résultat final qui se construit petit à petit en mêlant progression aléatoire et lois physique et géométrique d’agrégation. Il n’y pas deux flocons identiques. Chaque pas de construction est irréversible et est une bifurcation du schéma.

Le flocon, ou cristal de neige, est un agrégat de minuscules cristaux de glace, chacun environ 10 millions de fois plus petit que lui. Ces cristaux de glace ont généralement la forme d’un « prisme hexagona » et la grande variété des flocons que l’on peut observer est due au fait que toutes les faces de ce prisme ne se développent pas forcément à la même vitesse. Un grand nombre de facteurs influencent la croissance et la forme des flocons, selon des processus parfois mal connus : température, humidité, vent, et même le champ électrique traversé durant leur chute !

La Commission internationale de la Neige et de la Glace les classe depuis 1952 en sept catégories distinctes : plats, étoilés, colonnes, nouilles, dendrites, colonnes coiffées et formes irrégulières, complétées par les "graupel", les pastilles de glace et la grêle. Nakaya quant à lui les répartit en 41 « types morphologiques » différents. Enfin, en 1966, un troisième système de classification prolongera les travaux du chercheur japonais pour répertorier 80 types de cristaux de neige. Quant à la légende qui voudrait qu’aucun flocon ne soit identique à un autre, elle est impossible à vérifier même si elle semble confirmée par de savants calculs de probabilités.

Aucun flocon n’est rigoureusement identique à un autre. « Tous différents » semble être leur devise. Pourtant, apparemment, rien ne ressemble plus à un flocon de neige qu’un autre flocon de neige. Et même s’il pourrait être possible de collecter les millions de flocons et d’en trouver deux identiques, à l’intérieur d’une même « déferlante » neigeuse, il y aura une diversité remarquable de formes et de tailles. L’Organisation météorologique mondiale recense ainsi sept catégories principales de cristaux de neige : plaquettes, étoiles, colonnes, aiguilles, dendrites, boutons de manchette, cristaux irréguliers, la septième regroupant trois autres formes de précipitation, la neige roulée, les granules de glace et la grêle. À l’intérieur de ces catégories, les formes, les poids, les volumes varient énormément. Mais quel que soit leur aspect, les flocons ont une caractéristique commune : ils ont tous une symétrie hexagonale. Ce qui reste un mystère. C’est que la neige n’est pas avare de paradoxes.

L’un d’eux est que si l’atmosphère est trop propre, la neige ne peut se former. Un air sans poussières est un air quasiment sans neige. Et une belle chute de neige est en fait une chute de poussières en robes blanches. La présence de minuscules particules est l’une des trois conditions nécessaires à l’apparition de la neige. Il faut en plus la présence de vapeur d’eau en quantité suffisante et des conditions de température adéquates. À 0 °C, la vapeur d’eau doit être d’au moins cinq grammes par mètre cube pour que des flocons aient des chances de se former.

Lorsque les conditions sont réunies, l’eau en suspension dans l’air va se transformer en glace. Elle fera d’autant plus facilement un cristal qu’elle disposera d’un « germe de croissance ». En l’occurrence, une particule d’un centième de millimètre suffit. Sur ce germe, l’eau va se cristalliser. D’une forme initiale en demi-goutte, le « bébé » flocon va rapidement acquérir des plans cristallins pour former un prisme hexagonal : les faces supérieure et inférieure sont des hexagones (six côtés) et les facettes latérales sont des rectangles (au nombre de six). Il mesure à ce moment-là environ un cinquième de millimètre.

Pourquoi cette forme hexagonale ? Cela est dû aux molécules d’eau qui se débrouillent pour former le plus de liaisons possibles avec leurs voisines. Un pari gagné lorsqu’elles forment des tétraèdres avec quatre d’entre elles.

Le « bébé » flocon va continuer à se développer. Et la forme qu’il va alors adopter va dépendre de la pression atmosphérique, éventuellement du champ électrique présent, du vent, de la teneur en eau, de la température… Cette dernière est cruciale pour la « silhouette » du flocon. Elle va ainsi décider si ce sont les faces supérieure et inférieure qui vont pousser le plus vite ou si ce sont les facettes latérales. Ainsi, toutes choses égales par ailleurs, des températures de - 5° à - 10° vont entraîner le développement de cristaux type aiguille ou colonne. De - 10° à - 12°, on a plutôt des plaquettes, et de - 12° à - 18°, les cristaux forment des étoiles à six branches. Ces branches peuvent elles-mêmes se ramifier en branchettes, qui elles-mêmes peuvent faire de la dentelle.

Au fur et à mesure que le flocon grossit - il peut atteindre plusieurs millimètres de diamètre - il s’alourdit et tombe plus ou moins vite vers le sol. Les différentes couches atmosphériques qu’il va traverser vont également le modifier en fonction de leur température, de leur teneur en eau, etc.

Ces différences dans la formation des flocons ont d’importantes conséquences pour nous. Car la neige peut ainsi avoir des natures très différentes. Elle peut être légère comme de la plume ou lourde comme un épais manteau, collante comme de la glu ou glissante comme de la glace. Les spécialistes distinguent ainsi trois grands types de neige : sèche, humide et mouillée. La plus courante en montagne est la neige sèche, légère et poudreuse, qui se forme par temps très froid.

La neige humide, qui tombe entre 0° et - 5°, est la plus embêtante. Elle est collante et lourde. C’est la plus fréquente en plaine. C’est elle qui, il y a peu, a privé des dizaines de milliers de foyers d’électricité. Elle adhère à tous les supports et se compacte. Elle devient donc vite très lourde et peut faire tomber les câbles. Le troisième type de neige, dite mouillée, tombe entre 0° et 1°. Elle contient beaucoup d’eau liquide. Elle fond donc très vite. Son point noir est qu’elle peut donner beaucoup de verglas si elle regèle au sol.

L’autre grand problème posé par la neige est celui des avalanches. Là aussi, en fonction de la nature de la neige et de sa quantité, les avalanches se produiront différemment et à des moments différents. Mi-décembre, d’importantes chutes de neige se sont succédé dans les massifs situés à l’est et au sud des Alpes. Il est tombé entre 1 et 2 mètres de neige en 48 heures. De nombreuses avalanches se sont déclenchées, bloquant des routes en haute Maurienne, dans la haute Tarentaise, dans le Thabor, dans le Mercantour et dans le Queyras. La connaissance de la nature de la neige est une donnée essentielle pour tenter de prévoir ces risques d’avalanche.

Les flocons de neige, premières observations

Considérations sur la nature des cristaux de neige

36 formes fondamentales différentes des cristaux de neige

Connaissance de la neige

Le flocon de neige

La formation des cristaux de neige La glace

Le cristal de glace

Neige et glace

Forme des cristaux de neige et origine des avalanches

La formation des cristaux de neige filmée

D’où vient la structure des flocons de neige

La neige et ses métamorphoses, université de tous les savoirs

Les cristaux qui forment des structures du même type que le flocon de neige, université de tous les savoirs

La formation d’un flocon de neige vue au microscope

Vidéo : un flocon de neige en train de se former

Répondre à cet article

SPIP | squelette | | Plan du site | Suivre la vie du site RSS 2.0