De­puis des siècles, les scien­ti­fiques sont en quête de l’âme des flo­cons de neige

Le Matin Dimanche - - ACTEURS -

C’est l’un des plus jo­lis des­sins de la na­ture, que cha­cun peut ob­ser­ver, spec­tacle éphé­mère, blanc sur noir lors­qu’il tombe sur son man­teau. C’est à ne ja­mais se las­ser: chaque flo­con échoué du ciel est dif­fé­rent des autres, mais ils pos­sèdent (presque) tous une base hexa­go­nale pro­lon­gée par six branches par­fai­te­ment sy­mé­triques.

En ce vendredi soir de no­vembre, le ma­thé­ma­ti­cien fran­çais Étienne Ghys fait dé­fi­ler des pho­tos des plus beaux spé­ci­mens de­vant une salle de l’uni­ver­si­té des sciences de Neu­châ­tel comble. «Pour ar­ri­ver à cap­ter ces beau­tés, il faut au moins un mil­lier de cli­chés, pré­cise le nou­veau doc­teur ho­no­ris cau­sa de l’uni­ver­si­té. La grande ma­jo­ri­té des flo­cons qui par­viennent jus­qu’à nous sont moches, soit fon­dus, soit dé­for­més.» Bien que l’offre noc­turne neu­châ­te­loise ne per­mette pas de s’en­nuyer, l’au­di­toire at­ten­tif à l’ex­po­sé «La géo­mé­trie des flo­cons de neige» est es­sen­tiel­le­ment com­po­sé de jeunes. Mais Étienne Ghys in­té­res­se­rait les ma­thé­ma­ti­co­phobes les plus ré­cal­ci­trants, avec la dose d’hu­mour né­ces­saire à tout bon vul­ga­ri­sa­teur. «Pour­quoi les flo­cons? Parce que c’est beau et ma­thé­ma­tique», ré­pond sim­ple­ment ce che­va­lier de la Lé­gion d’hon­neur.

De­puis le XVIE siècle

La for­ma­tion des flo­cons est un phé­no­mène com­plexe, qui a pas­sion­né de nom­breux scien­ti­fiques et pen­seurs à tra­vers les siècles, sans pour au­tant dis­si­per toutes les ombres sur la ques­tion. La quête de l’es­sence du flo­con com­mence avec l’ar­che­vêque d’upp­sa­la, Olaus Ma­gnus, qui pu­blie en 1555 «His­toire des gens du Nord». Le re­li­gieux sué­dois s’est don­né pour mis­sion de faire connaître la cul­ture nor­dique à une Eu­rope très cen­trée sur la cul­ture la­tine. «Il vou­lait faire com­prendre que les peu­plades du Nord n’étaient pas uni­que­ment bar­bares, ra­conte Étienne Ghys. Il pré­sente dans son ou­vrage leur langue, leurs danses, la mu­sique et… la neige.» Dans le cha­pitre consa­cré à l’or blanc, Olaus Ma­gnus s’ap­plique à des­si­ner des cris­taux de neige. «Il s’est com­plè­te­ment plan­té, com­mente le ma­thé­ma­ti­cien. Il y en a un qui res­semble à une main, un autre à une flèche… il n’y a rien de rai­son­nable dans ces des­sins. Mais il est le pre­mier à mettre en avant le fait que le flo­con pos­sède une forme géo­mé­trique.»

Le por­trait-ro­bot du flo­con s’af­fine quelques dé­cen­nies plus tard, lorsque le ma­thé­ma­ti­cien Jo­hannes Ke­pler pu­blie un re­cueil d’une ving­taine de pages sur la ques­tion, en 1610. «Jo­hannes Ke­pler est un scien­ti­fique et un re­li­gieux qui cherche l’image de Dieu à tra­vers les sy­mé­tries», ra­conte Étienne Ghys. Sans mi­cro­scope, Jo­hannes Ke­pler tâ­tonne et com­prend, en avance sur son temps, que le cris­tal de neige pos­sède une sy­mé­trie d’ordre six. D’après cette base hexa­go­nale, cha­cune des six branches du flo­con gran­dit si­mul­ta­né­ment de la même ma­nière. Comment est-ce pos­sible? Peut-être le flo­con pos­sè- de-t-il une âme? s’in­ter­roge Jo­hannes Ke­pler. «Ima­gi­ner une âme fait rire, mais au­jourd’hui nous l’ap­pe­lons sy­mé­trie ca­chée», rap­pelle Étienne Ghys. Dans cet ou­vrage des­ti­né à un ami pas­sion­né par les choses mi­nus­cules, Jo­hannes Ke­pler pose de mul­tiples ques­tions qui ne trouvent pas de ré­ponses, «mais avec l’hu­mi­li­té de dire qu’il est cer­tain que les scien­ti­fiques fu­turs y par­vien­dront», sou­ligne Étienne Ghys.

Il faut faire un saut dans le temps pour voir plus clair dans la for­ma­tion des flo­cons. Certes, le phi­lo­sophe Re­né Des­cartes tente lui aus­si, en 1637 dans «Les mé­téores», de des­si­ner des cris­taux, avec un ré­sul­tat «pas top, mais dé­jà mieux que ce­lui de l’évêque d’upp­sa­la». Il faut at­tendre la fin du XIXE siècle et l’amé­ri­cain Wil­son Bent­ley pour sai­sir en­fin leur beau­té. Ce pas­sion­né de neige a pas­sé sa vie à la pho­to­gra­phier, lais­sant à la pos­té­ri­té des mil­liers de cli­chés. «C’est grâce à lui que l’as­pect des flo­cons s’est ins­crit dans l’ima­ge­rie col­lec­tive, de­ve­nu de­puis sym­bole du froid et des sur­ge­lés Pi­card», plai­sante Étienne Ghys.

Au dé­but du XXE siècle, le phy­si­cien William Bragg et le chi­miste Li­nus Pau­ling sai­sissent en­fin la na­ture ato­mique du cris­tal de glace. «La mo­lé­cule d’eau est en forme de V, ex­plique Étienne Ghys. Celles-ci se rap­prochent les unes des autres lorsque la tem­pé­ra­ture baisse, et à un cer­tain point elles se coincent sous forme de cris­tal.» Donc si les flo­cons pos­sèdent cette forme de base d’étoile à six branches, c’est parce qu’il s’agit de la fa­çon la plus na­tu­relle pour les mo­lé­cules d’eau de se ré­par­tir lors­qu’elles s’agrègent.

Une mul­ti­tude de mo­tifs

À par­tir de cette base hexa­go­nale, la na­ture laisse place à sa créa­ti­vi­té en for­mant des den­drites po­si­tion­nées en une mul­ti­tude de mo­tifs dif­fé­rents. Le Ja­po­nais Uki­chi­ro Na­kaya (1900-1962) a pas­sé sa vie à les clas­ser. Ce phy­si­cien a créé des flo­cons syn­thé­tiques pen­dant qua­rante ans dans son la­bo­ra­toire, de fa­çon à pou­voir les sé­pa­rer en 35 fa­milles: fou­gères, bords ré­gu­liers, étoiles… «Leur forme dé­pend de deux fac­teurs es­sen­tiels, la tem­pé­ra­ture et l’hy­gro­mé­trie. Comment est-il pos­sible qu’un lé­ger chan­ge­ment de tem­pé­ra­ture change com­plè­te­ment la forme du flo­con? s’in­ter­roge Étienne Ghys. Per­sonne ne le sait.»

En at­ten­dant les ré­ponses de la science, cer­tains conti­nuent de leur consa­crer leur vie, à l’ins­tar de Ken­neth Lib­brecht, qui s’éver­tue à cap­tu­rer dans son ob­jec­tif les plus beaux cris­taux, ou de ces ma­thé­ma­ti­ciens qui cherchent un al­go­rithme per­met­tant de re­pro­duire leur for­ma­tion. Mais au fond, à quoi bon? Pour ré­pondre, il faut pré­ci­ser qu’étienne Ghys est avant tout un spé­cia­liste des pro­ces­sus de crois­sance. «Si l’on ne com­prend pas comment croît un flo­con, comment sai­sir la crois­sance d’un foe­tus dans le ventre de sa mère?»

Le ma­thé­ma­ti­cien Étienne Ghys, nou­veau doc­teur ho­no­ris cau­sa de l’uni­ver­si­té de Neu­châ­tel, ex­plore dans un ex­po­sé pas­sion­nant la géo­mé­trie des cris­taux d’or blanc.

La for­ma­tion des flo­cons a pas­sion­né de nom­breux scien­ti­fiques et pen­seurs à tra­vers les siècles, sans dis­si­per toutes les ombres sur la ques­tion.

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