Un flocon de neige a souvent la forme d'une étoile. Mais, selon la température à laquelle il se développe, il peut aussi prendre bien d'autres formes.
La croissance de flocons de neige, un spectacle hypnotisant ! Bienvenue dans le monde de la neige. Découvrez la croissance de flocons de neige vue au microscope et en accéléré. Des images pleines de poésie qui nous racontent la formation des flocons, presque toujours en étoile à six branches symétriques. Et il n’y en a pas deux identiques.
C'est le processus de formation de la neige en lui-même qui permet de comprendre pourquoi chaque flocon est différent de son voisin. Car les formes des flocons sont caractéristiques des conditions météorologiques dans lesquelles ceux-ci ont été créés. La structure des flocons dépend également de la météo durant leur traversée.
Les formes de flocons de neige
La température est l'un des facteurs clés :
- de 0 à -4 °C, les flocons ont la forme d'assiettes minces hexagonales ;
- de -4 à -6 °C, ils ressemblent à des aiguilles ;
- de -6 et -10 °C, ils prennent la forme de colonnes creuses ;
- de -10 à -12 °C, ils se présentent comme des flocons à six pointes ;
- de -12 à -16 °C enfin, les flocons ont la forme d'une dendrite.
En tombant au sol, les flocons de neige se mêlent les uns aux autres et leur forme d'origine est souvent bien difficile à distinguer.
Formation de cristaux de neige filmée au microscope. © Vyacheslav Ivanov, Vimeo
Les types de neige
En fonction des conditions météorologiques, il est possible d'observer différents types de neige :
- La neige sèche, dont un exemple bien connu est la poudreuse, tombe par temps froid (moins de -5 °C) et, comme son nom l'indique, contient peu d'eau.
- La neige humide contient plus d'eau et tombe entre 0 et -5 °C. Elle est collante.
- La neige mouillée tombe entre 0 et 1 °C. Elle est lourde et contient beaucoup d'eau.
Flocons de neige et macrophotographie De prime abord, on pourrait penser qu’il est délicat de saisir une photographie macro d’un flocon de neige. Mais le photographe russe Alexey Kjatov nous assure que non. Selon ce passionné, inutile d’investir dans un matériel hors de coût. Le secret réside dans la patience et dans la persévérance. Un peu de pratique et vous aussi vous pourrez obtenir un résultat intéressant.Et peut-être un jour aussi enchanteur que ce flocon saisi à Moscou, sur fond de verre rétroéclairé. Un flocon de taille moyenne puisqu’il mesure quelque 3 millimètres de diamètre. © Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
Fougère ou flocon de neige ? C’est dans les nuages froids que les cristaux de neige se développent, par condensation de vapeur d’eau sur de microscopiques poussières. D’abord pas plus grands que quelques micromètres, ils entrent dans une phase de croissance qui leur permet d’atteindre quelques millimètres. Environ 5 millimètres pour ce flocon en particulier.Et la forme que prendront les flocons dépend essentiellement de la température qui règne à ce moment-là. La forme de dendrite de ce flocon, dont chaque branche ressemble étrangement à une fougère, apparaît lorsque les températures sont comprises entre -12 et -16 °C. © Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
Sept types de flocons de neige Pour la Commission internationale de la neige et de la glace — fondue depuis dans l’Association internationale des sciences cryosphériques —, il existe sept formes principales de flocons de neige :la plaquette qui fait penser à une fleur ;l’étoile qui est la plus commune ;la colonne ;l’aiguille représentée en fait par deux aiguilles croisées ;la dendrite ;le bouton de manchette ;et la forme irrégulière.Ici, un magnifique exemplaire d’un flocon étoilé de 4 à 5 millimètres de diamètre tombé sur Moscou en décembre 2014.© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
Un flocon de neige aux allures de tournesol C’est à une fleur de tournesol que le photographe russe Alexey Kjatov pense lorsqu’il regarde ce flocon de neige très particulier. Des « pétales » courts et larges. Des lignes internes de « graines ». Le motif dessiné par ce flocon est décidément des plus inhabituels avec son centre spacieux, plat et quasiment vide de glace, son rebord extérieur et ses bras en relief. Sans parler de cet incroyable motif qui apparaît dans les coins de l’hexagone central. Une authentique merveille de la nature immortalisée sur un fond de verre rétroéclairé à la lumière LED.© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
Les flocons de neige dans l’histoire scientifique C’est à l’astronome Johannes Kepler — plus connu pour avoir observé les trajectoires elliptiques et non circulaires des planètes autour du Soleil — que l’on doit le premier traité scientifique s’intéressant aux flocons de neige. Il s’interroge notamment concernant leur symétrie hexagonale bien visible ici.Quelques années plus tard, un certain Wilson Bentley — surnommé depuis « Snowflake », comprenez « Flocon de neige » — passe à la postérité grâce à une impressionnante collection de photo de flocons de neige sur velours noir.© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
Des flocons tous différents ? La forme d’un flocon de neige est essentiellement déterminée par la température et le taux d’humidité que les cristaux rencontrent sur leur parcours. Un parcours aléatoire fixé au gré des courants d’air. Comme il est très peu probable que deux flocons descendent vers le sol selon le même chemin, il est en revanche fort probable qu’ils croissent tous différemment.Depuis que la Terre est Terre, il serait ainsi tombé 1034 flocons de neige et statistiquement, une forme donnée ne pourrait s’être reproduite que cinq fois durant toute l’histoire de notre planète.© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
Des flocons de tailles variables Le flocon immortalisé ici par le photographe russe Alexey Kjatov mesure quelque 3 millimètres de diamètre. Ce qui, dans le monde des flocons de neige, lui donne une taille moyenne. Car en général, les flocons de neige mesurent entre 2 et 5 millimètres.Tous les flocons ne grandissent pas à la même vitesse. Les flocons en forme d’étoile peuvent ainsi atteindre 4 millimètres en une heure seulement. Les flocons en plaquettes sont plus lents à se former. Et l’histoire ne raconte pas combien de temps il a fallu au plus gros flocon de neige jamais observé pour s’agglomérer. Le Guinness World Records en tout cas l’a mesuré à quelque 38 centimètres de diamètre !© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
D’incroyables créations de la nature Lorsque la neige tombe, certains sont agacés. Ils pensent aux difficultés qu’ils vont avoir à se déplacer ou à la neige qu’il faudra bientôt déblayer sur le trottoir. D’autres sont émerveillés. Mais même ceux-là n’imaginent probablement pas quelles incroyablement belles créations de la nature se cachent au milieu de ces flocons à l’apparence duveteuse.Et le flocon que le photographe russe Alexey Kjatov a immortalisé ici en est un incroyable exemple. Une photo qui lui a demandé un important travail de mise en forme pour un flocon à 12 branches d’environ 5 millimètres de diamètre.© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
La physique des flocons de neige Le photographe russe Alexey Kjatov aime admirer la nature à l’œuvre dans les différentes formes de flocons de neige. Mais il est des physiciens comme Ken Libbrecht (Caltech, États-Unis) qui réussissent à créer des flocons de neige dans leur laboratoire afin d’étudier comment de subtils changements de température, de pression ou d’humidité peuvent influer sur leur formation. Le seul artifice qu’ils utilisent ensuite pour en révéler les détails structurels : des lumières colorées qui éclairent les flocons sous différents angles, la glace agissant comme alors comme une lentille complexe.© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
Une dendrite stellaire pas si banale que ça Six bras principaux. Trois grandes branches chacun. La dendrite stellaire est probablement la forme de flocon de neige la plus courante. Sa structure est même généralement visible à l’œil nu. Elle apparaît dans des conditions de températures inférieures à -12 °C et lorsque l’humidité est relativement importante.Mais celle qui a été photographiée ici par le russe Alexey Kjatov présente tout de même deux belles particularités qui la rendent unique : un hexagone central allongé, un relief marqué et un brillant qui sort de l’ordinaire.© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
Les flocons de neige peuvent aussi être grossiers Les macrophotographies du russe Alexey Kjatov révèlent généralement les structures des flocons de neige avec une grande netteté. Comme de fines dentelles glacées qui auraient été adroitement découpées par la nature.Ici, ce n’est pas la qualité de la photo qui doit être remise en question. C’est simplement que le photographe a choisi de mettre en lumière ce flocon de neige dont la forme de dendrite n’est pas des mieux dessinée. Le résultat reste saisissant grâce à la brillance et au relief donnés à la surface de ce flocon et de ses délicates « feuilles de fougères » glacées.© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
Des flocons plus fins grâce à un calcul de moyennes Six plumes glacées entremêlées dans une étonnamment fine plaquette stellaire. Voilà un flocon de neige comme on n’en croise pas tous les jours. Et pour en magnifier les détails, le photographe russe Alexey Kjatov a, comme à son habitude, procédé à une série de photos à l’identique. Il en fait au moins 8 et parfois plus de 16 selon la complexité de la structure du flocon. Puis, il a simplement calculé la moyenne de chacun des pixels. Une méthode efficace pour supprimer le bruit. Celui-ci en effet est constitué de fluctuations aléatoires qui nécessairement diminuent par intervention des moyennes.© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0
Et si l’on avait finalement trouvé deux flocons de neige identiques ? À en croire le Guinness Book, Nancy Knight, une chercheuse américaine du centre national de recherche sur l’atmosphère est tombée par hasard, en 1988, sur deux flocons de neige parfaitement identiques, en forme de colonne creuse. C’était alors qu’elle étudiait les cristaux formés au cœur d’une tempête qui s’abattait sur le Wisconsin (États-Unis).Même si le microscope n’a pas pu révéler de différence entre ces flocons, Kenneth Libbrecht, un physicien américain, met en garde. « Même si deux flocons sont identiques en apparence, si l’on y regarde au niveau atomique, il est certain que l’on pourra les différencier. Ne serait-ce que par la configuration et par la diversité des molécules d’eau qui les forment. »© Olga & Alexey, Flickr, CC BY-NC 2.0