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Science

Flocons


Il fait froid! J'ai mis le nez dehors aujourd'hui, et j'avoue qu'il m'a été difficile de ne pas maudire l'hiver et de plancher sur un moyen d'accélérer le réchauffement de la planète. Et puis sorti du RER, enfin arrivé à Gif-sur-Yvette, j'ai contemplé la neige (pas la boue noire parisienne, non, non, la vraie neige!) Et la neige, y'a pas à dire, ça a beau être froid, c'est fort joli. Vous avez des doutes, vous n'êtes pas convaincus? Alors regardez de plus près.






C'est beau hein? Bon alors faut pas non plus que vous vous fassiez des idées car la plupart du temps, vous trouverez plutôt des cristaux de formes irrégulières. Et oui, pour prendre de tels clichés, le physicien (et artiste)  Kenneth G. Libbrecht a du trier des milliers de flocons! Sur son site, snowflakes.com, il explique de nombreuses choses à propos des flocons, et nous permet notamment de rejeter certaines idées reçues comme celle des flocons systématiquement symétriques. Et non, la majorité des flocons ressemblent plus à celui ci-dessous:

Sur le même site, on apprend aussi qu'en fonction des conditions, les flocons peuvent prendre des formes spécifiques dont certaines très peu connues et pourtant répandues. Dans le diagramme qui suit, on peut voir que différent flocons sont générés en fonction de la saturation en eau dans l'atmosphère et de la température.

Dans certaines conditions, on peut donc obtenir des flocons en forme de plaques

ou bien en forme de cylindres creux

Il y a encore les aiguilles agglomérées

Les flocons triangulaires

Les très chics tables basses (coffee-table)

Et quand un flocon rencontre des microgouttes d'eau, cela donne un graupel

Alors ça peut paraître surprenant qu'un flocon rencontre des gouttelettes d'eau. Dans ma tête, je m'imaginais que les flocons se formaient à partir de micro gouttelettes d'eau qui gelait dans les nuages et venait tomber sur nos têtes pour geler nos miches à leur tour. Et bien il s'avère que je voyais un peu juste mais surtout faux.
Quelle est donc l'histoire du flocon? Et bien tout commence avec de la vapeur d'eau dans l'atmosphère. Alors contrairement à une idée reçue, la vapeur d'eau ne se voit pas. Ce que l'on voit quand on s'amuse à faire des nuages avec nos bouches en hiver, ce sont des micro-gouttelettes d'eau. L'eau liquide tend à se condenser, et c'est ce qu'on peut observer avec le phénomène de la rosée quand l'eau se condense sur l'herbe. En haute atmosphère, la vapeur d'eau se condense sur des particules de poussière pour former les nuages, et c'est cela qui fait qu'on peut les voir. Pour enfoncer le clou : la vapeur d'eau est un gaz INVISIBLE! Dans l'atmosphère, l'eau n'a pas tendance à geler, même en dessous de 0°C. On parle d'eau en surfusion, un état instable qui cesse dès qu'une de ces micro-gouttelettes entre en contact avec un noyau de congélation. Quand un nombre important de gouttelettes ce sont cristallisées, elles entraîne une réaction en chaîne qui produit des cristaux de plus en plus gros et qui forment à terme les flocons.

Pour étudier leur formation, Kenneth G. Libbrecht produit des flocons en laboratoire dans différentes conditions et filme leur croissance:


La physique sous-jacente est encore sujette à débat (et bien au dessus de mon niveau de compréhension).
Je vous laisse apprécier par vous même pour ceux qui auront le courage de lire cette revue :
The physics of snow crystals, Libbrecht, K.G., Rep. Prog. Phys. 68 (2005) 855–895

Une image pour conclure: si le froid continue, on pourra toujours se réjouir de voir ce qui suit par nos fenêtres...

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