Pourquoi les flocons de neige ressemblent-ils à... des flocons de neige?...

            La neige constitue un monde magique, fascinant et mystérieux. Du moins quand on n'habite ni au Groenland, ni en Antarctique...

            Néanmoins, le fait est qu'une chute de neige par temps calme possède une atmosphère bien à elle. Si votre curiosité est assez aiguisée, vous serez tentés de vous coller le nez tout près de quelques flocons qui viennent juste de se poser sur une étoffe sombre. Avec une loupe, il est impossible de ne pas être frappé par la fragile esthétique de ces minuscules cristaux de glace d'eau. Essayons de comprendre les raisons de leurs formes.

    Tout d'abord, même s'ils sont tous différents, ils possèdent une structure de base commune, l'hexagone. En voici les principaux types:

	La forme en plaquette
La forme en colonne ou aiguille
	La forme en étoile

        Cette structure hexagonale est une conséquence de la façon dont les molécules d'eau s'accrochent les unes aux autres pour donner un cristal, cette structure est celle-ci:

La molécule d'eau est reconnaissable à son atome rouge d'Oxygène, et à ses deux atomes (bleus ici) d'Hydrogène. Chaque molécule est au centre d'un tétraèdre (polyèdre à 4 faces triangulaires) formé par 4 autres molécules. Le réseau constitué, vu sous un certain angle, déploie une structure hexagonale. Les croissances se font le long des ces axes privilégiés.

Je me suis toujours demandé comment expliquer la grande symétrie des flocons: comment la branche numéro 1 "sait-elle" que la branche numéro 3 a telle longueur, afin d'avoir la même? En fait, les branches ne communiquent pas entre elles... Mais une fois le germe hexagonal né, suivant les conditions climatiques, le cristal pousse vers l'extérieure, d'une manière et à une vitesse conditionnées par les paramètres environnnementaux, qui sont les mêmes tout autour du flocon. Le phénomène est chaotique (très sensible à de petites variations extérieures), ce qui donne une partie de la réponse à la question suivante.       

Tous les cristaux ont le même arrangement moléculaire. Pourquoi les flocons sont-ils alors tous différents?

        Leurs formes sont en fait conditionnées par deux paramètres: la température du milieu, et sa teneur en vapeur d'eau. Voyons l'histoire d'un flocon:

        Il ne naît pas à partir de rien, son coeur a pour base un grain de poussière. C'est sur celui-ci que les premières molécules d'eau se déposent. Les autres commencent à s'accrocher entre elles, en suivant le motif hexagonal. Une minuscule petite plaquette commence à croître. Mais suivant le température, les bases de la plaquette, ou ses faces peuvent croître plus ou moins vite.

Par exemple, entre 0°C et -5°C, les faces latérales croissent plus vite que les bases, la plaquette s'étale alors. Entre -5°C et -10°C, les bases poussent plus vite, la plaquette s'allonge alors en un prisme. En dessous de -10°C, la plaquette prédomine à nouveau. Si la teneur en vapeur d'eau est importante, les arêtes seront le plus rapidement pourvues en molécules d'eau, les branches du flocon poussent alors.

Voici la répartition approximative des 3 formes de base des cristaux, en fonction de la température et de la proportion de vapeur d'eau dans l'air.

        Ainsi, lors de la croissance du flocon, ou de sa chute, diverses conditions peuvent se rencontrer, qui expliqueront les quantités de structures différentes rencontrées, qui peuvent être des hybrides de ces trois variétés.

        Essayez cette adresse pour en voir de jolis exemples: http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/

        Bien évidemment, si l'on prend en compte la quantité de molécules présentes dans un flocon de neige (environ 10¹⁶) et la quantité d'arrangements possibles qu'ils peuvent donner, il est fort possible que jamais deux flocons identiques ne soient tombés sur Terre...

Plus, quelques exemples capturés par Robert, au microscope, avec ce montage. Cliquez sur l'image pour les voir en plus gros...