Flocons de neige, entre science et magie

Peu de phénomènes atmosphériques ont autant de charme d'une couche de neige fraiche qui recouvre un vaste paysage enneigé. La neige a toujours eu la capacité de transformer le quotidien et de nous accueillir dans un monde féerique et feutré, où le temps semble marqué par la lente poursuite des flocons.

Mais quels sont les secrets de cet enchantement ? Comment se forment les flocons de neige et pourquoi ?

Ces questions ont éveillé la curiosité d'universitaires et d'amateurs de tous âges, notamment Kenneth G. Libbrecht, physicien au Caltech (California Institute of Technology) et véritable référence en la matière, qui y a consacré de nombreuses études et possède même un site. (>http://www.snowcrystals.com/)

Inspirés par sa passion, nous avons rassemblé dans cet article quelques-unes des curiosités sur la neige et ses cristaux.

Flocons de neige ou cristaux ? Les deux termes sont souvent utilisés de manière interchangeable, en réalité les flocons de neige sont le résultat de l'agrégation en vol d'un certain nombre de cristaux qui représentent leur unité de base. Alors, comment se forment les cristaux ?

À ne pas confondre avec la grêle ou le grésil, ou avec les gouttes de pluie qui gèlent en tombant ; les cristaux sont produits par la transformation directe de la vapeur d'eau (agrégée de particules de poussière) en glace, sans pour autant passer par l'état liquide.

Le résultat est généralement un noyau hexagonal avec 6 ramifications qui se développent symétriquement et simultanément, grâce à l'adhésion continue d'autres vapeurs d'eau lorsque le cristal traverse les nuages. De cette façon, les cristaux se forment, grandissent et se structurent, créant ces géométries qui renferment un spectacle unique sur quelques centimètres seulement.

La forme et le développement d'un cristal sont dus aux conditions de température et d'humidité qu'il rencontre lors de sa chute. Par exemple, à 0°C les cristaux de neige prennent des formes simples qui deviennent plus complexes et ramifiées si la température diminue ou la vapeur d'eau augmente lors de sa descente.

Cela signifie que chaque flocon de neige est différent d'un autre. Chaque cristal tombant rencontre différentes conditions de température et d'humidité, donnant à chaque flocon de neige une trajectoire unique et irremplaçable qui détermine sa forme et sa taille.
Délicats, évanescents, aussi précieux que les diamants, les cristaux donnent naissance à de véritables micro-architectures de glace capables de nous fasciner et de nous étonner par leur élégante variété et leur complexité.

La forme très particulière des flocons de neige a toujours surpris les érudits, à tel point que les premières observations remontent à des millénaires : en 135 avant J-C, Han Yin a remarqué que si les fleurs ont généralement cinq épis, la plupart des cristaux de neige en ont six. Au XVIIe, Kepler lui-même s'est intéressé au sujet de manière plus systématique, tandis que parmi les chercheurs les plus récents, il convient de mentionner le physicien japonais Ukichiro Nakaya (1900-1962). Son analyse aboutit à un tout nouveau diagramme qui montre et décrit la morphologie des cristaux de neige en relation avec le gaz/brouillard, la température et d'autres variables.

Selon le schéma élaboré par Nakaya, les cristaux peuvent être morphologiquement identifiés en 3 grandes familles : les dendrites ou étoiles, les plaques et les colonnes.

En 1951, une autre classification en dix formes typiques a été publiée par l'IACS (International Association of Cryospheric Science) (> https://cryosphericsciences.org/) et continuellement mise à jour jusqu'à la dernière édition de 2009.