{"id":55195,"date":"2020-01-15T00:00:00","date_gmt":"2020-01-14T21:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/blog_prohoster\/velikaya-teoriya-snezhinok"},"modified":"2020-02-18T14:03:17","modified_gmt":"2020-02-18T11:03:17","slug":"velikaya-teoriya-snezhinok","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/fr\/blog\/news\/velikaya-teoriya-snezhinok","title":{"rendered":"La grande th\u00e9orie des flocons","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

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\nCette hiver, les neiges dans la partie centrale de la Russie sont plut\u00f4t rares. Bien qu'il y ait eu quelques chutes de neige, on aurait pu s'attendre en janvier \u00e0 des temp\u00e9ratures plus froides et plus de neige. La grisaille morne et la gadoue d\u00e9sagr\u00e9able nuisent \u00e0 la joie que l'on ressent habituellement avec les plaisirs d'hiver. C'est pourquoi Cloud4Y propose d'ajouter un peu de neige \u00e0 notre vie en parlant de\u2026 flocons.<\/i><\/a><\/noindex><\/p>\n

On pense que les flocons de neige n'existent qu'en deux types. Un des scientifiques, parfois appel\u00e9 le \u00ab p\u00e8re \u00bb de la physique des flocons, a formul\u00e9 une nouvelle th\u00e9orie expliquant la raison de cela. Kenneth Libbrecht<\/a><\/noindex> \u2014 c'est un homme extraordinaire qui est pr\u00eat \u00e0 quitter le soleil chaud de la Californie du Sud en plein hiver pour se rendre \u00e0 Fairbanks (Alaska), rev\u00eatir une veste chaude et s'installer dans un champ gel\u00e9 avec une cam\u00e9ra et un morceau de mousse \u00e0 la main.<\/p>\n

Pourquoi ? Il recherche les flocons de neige les plus scintillants, les plus textur\u00e9s et les plus beaux que la nature puisse cr\u00e9er. D'apr\u00e8s lui, les \u00e9chantillons les plus int\u00e9ressants ont tendance \u00e0 se former dans les endroits les plus froids \u2014 le fameux Fairbanks et la partie enneig\u00e9e du nord de New York. Le plus beau neige que Kenneth ait jamais observ\u00e9 est tomb\u00e9 \u00e0 Cochran, un petit coin du nord-est de l'Ontario, o\u00f9 un l\u00e9ger vent faisait tourbillonner les flocons tombant du ciel.<\/p>\n

Captiv\u00e9 par l'\u00e9l\u00e9ment, Libbrecht examine sa planche de mousse avec la pers\u00e9v\u00e9rance d'un arch\u00e9ologue. Si quelque chose d'int\u00e9ressant s'y trouve, son regard s'y accroche in\u00e9vitablement. Sinon, la neige est balay\u00e9e de la planche, et tout recommence depuis le d\u00e9but. Cela dure des heures.<\/p>\n

Libbrecht est physicien. Par un curieux concours de circonstances, son laboratoire au California Institute of Technology se consacre \u00e0 l'\u00e9tude de la structure interne du soleil et a m\u00eame d\u00e9velopp\u00e9 des instruments modernes pour d\u00e9tecter les ondes gravitationnelles. Mais depuis vingt ans, la v\u00e9ritable passion de Libbrecht est la neige \u2014 non seulement son apparence, mais aussi ce qui la fait ressembler \u00e0 cela. \u00ab La question de ce qui tombe du ciel, comment cela se produit et pourquoi cela appara\u00eet ainsi me hante constamment \u00bb, confie Kenneth.<\/p>\n

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\nPendant longtemps, les physiciens ont consid\u00e9r\u00e9 qu'il suffisait de conna\u00eetre qu'entre de nombreux petits cristaux de neige, on pouvait distinguer deux types pr\u00e9dominants. L'un d'eux est une \u00e9toile plate avec six ou douze branches, chacune orn\u00e9e de magnifiques dentelles. L'autre ressemble \u00e0 une sorte de petite colonne, parfois compress\u00e9e entre des \u00ab couvercles \u00bb plats, parfois semblable \u00e0 un simple boulon. Ces formes peuvent \u00eatre observ\u00e9es \u00e0 diff\u00e9rentes temp\u00e9ratures et humidit\u00e9s, mais la raison pour laquelle une forme se d\u00e9veloppe plut\u00f4t qu'une autre demeure un myst\u00e8re. Des ann\u00e9es d'observation de Libbrecht ont contribu\u00e9 \u00e0 mieux comprendre le processus de cristallisation des flocons de neige.<\/p>\n

Les travaux de Libbrecht dans ce domaine ont permis de cr\u00e9er un nouveau mod\u00e8le qui explique pourquoi les flocons de neige et autres cristaux de neige forment ce que nous avons l'habitude de voir. Selon sa th\u00e9orie, publi\u00e9e <\/a><\/noindex>en ligne en octobre 2019, elle d\u00e9crit le mouvement des mol\u00e9cules d'eau pr\u00e8s du point de cong\u00e9lation (de cristallisation) et comment des mouvements sp\u00e9cifiques de ces mol\u00e9cules peuvent provoquer l'accumulation de cristaux qui se forment dans diff\u00e9rentes conditions. Dans sa monographie <\/a><\/noindex>de 540 pages, Libbrecht d\u00e9crit l'ensemble des connaissances sur les cristaux de neige.<\/p>\n

\u00c9toiles \u00e0 six branches<\/h2>\n

\nVous savez s\u00fbrement qu'il est impossible de voir deux flocons de neige identiques (sauf au stade de leur formation). Ce fait est li\u00e9 \u00e0 la mani\u00e8re dont les cristaux se forment dans le ciel. La neige est un ensemble de cristaux de glace qui se forment dans l'atmosph\u00e8re et conservent leur forme lorsqu'ils tombent ensemble sur Terre. Ils se forment lorsque l'atmosph\u00e8re est suffisamment froide pour emp\u00eacher la fusion ou la fonte, \u00e9vitant ainsi de devenir de la neige fondue ou de la pluie.<\/p>\n

Bien qu'il soit possible de mesurer de nombreuses temp\u00e9ratures et niveaux d'humidit\u00e9 au sein d'un m\u00eame nuage, pour un flocon de neige, ces variables seront constantes. C'est pourquoi un flocon grandit souvent de mani\u00e8re sym\u00e9trique. D'autre part, chaque flocon subit l'influence du vent, de la lumi\u00e8re du soleil et d'autres facteurs. En essence, chaque cristal est soumis au chaos du nuage, ce qui entra\u00eene des formes vari\u00e9es.<\/p>\n

Selon une \u00e9tude de Libbrecht, les premi\u00e8res r\u00e9flexions sur ces formes d\u00e9licates ont \u00e9t\u00e9 enregistr\u00e9es en 135 avant J.-C. en Chine. \u00ab Les fleurs des plantes et des arbres sont g\u00e9n\u00e9ralement \u00e0 cinq p\u00e9tales, mais les fleurs de neige sont toujours \u00e0 six p\u00e9tales \u00bb, \u00e9crivait le savant Han Yin. Et le premier \u00e9rudit \u00e0 avoir tent\u00e9 de comprendre pourquoi cela se produisait \u00e9tait probablement Johannes Kepler, un scientifique et \u00e9rudit allemand.<\/p>\n

En 1611, Kepler a offert un cadeau de Nouvel An \u00e0 son patron, l'empereur du Saint Empire romain Rudolf II : un petit trait\u00e9 <\/a><\/noindex>intitul\u00e9 \u00ab Sur les flocons de neige hexagonaux \u00bb. <\/p>\n

\u00ab Je traverse un pont, tourment\u00e9 par la honte \u2013 je t'ai laiss\u00e9 sans cadeau de Nouvel An ! Et voil\u00e0 qu'une occasion se pr\u00e9sente ! Les vapeurs d'eau, se condensant \u00e0 cause du froid sous forme de neige, tombent sous forme de flocons sur mes v\u00eatements, toutes, \u00e0 l'unisson, hexagonales, avec des rayons duveteux. Je le jure par H\u00e9racl\u00e8s, voil\u00e0 un objet qui, moins que n'importe quelle goutte, a une forme, peut \u00eatre le cadeau tant attendu pour un amateur de Rien et est digne d'un math\u00e9maticien, poss\u00e9dant Rien et recevant Rien, puisqu'il tombe du ciel et renferme la ressemblance d'une \u00e9toile hexagonale ! \u00bb<\/p><\/blockquote>\n

\u00ab Il doit y avoir une raison pour laquelle la neige a la forme d'une \u00e9toile hexagonale. Cela ne peut pas \u00eatre une co\u00efncidence \u00bb, \u00e9tait convaincu Johannes Kepler. Peut-\u00eatre se souvenait-il d'une lettre de son contemporain Thomas Harriot, un scientifique et astronome anglais, qui avait \u00e9galement travaill\u00e9 comme navigateur pour l'explorateur Sir Walter Raleigh. Vers 1584, Harriot cherchait la meilleure fa\u00e7on d'empiler des boulets de canon sur les ponts des navires de Raleigh. Harriot a d\u00e9couvert que les motifs hexagonaux semblent \u00eatre la meilleure fa\u00e7on d'arranger des sph\u00e8res, et il a discut\u00e9 de cette question dans sa correspondance avec Kepler. Kepler se demandait si quelque chose de semblable se produisait dans les flocons de neige et par quel \u00e9l\u00e9ment se formaient et maintenaient ces six rayons. <\/p>\n

Formes de flocons de neige<\/b>\"La
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\nOn peut dire que c'\u00e9tait une compr\u00e9hension initiale des principes de la physique atomique, dont on ne parlera que dans 300 ans. En r\u00e9alit\u00e9, les mol\u00e9cules d'eau avec leurs deux atomes d'hydrog\u00e8ne et un atome d'oxyg\u00e8ne ont tendance \u00e0 se regrouper, formant des amas hexagonaux. Kepler et ses contemporains n'avaient m\u00eame pas id\u00e9e de l'importance de cela.<\/p>\n

Comme le disent les physiciens, gr\u00e2ce aux liaisons hydrog\u00e8ne et aux interactions entre les mol\u00e9cules, nous pouvons observer une structure cristalline ouverte. En plus de la capacit\u00e9 \u00e0 former des flocons de neige, la structure hexagonale permet de rendre la glace moins dense que l'eau, ce qui a d'\u00e9normes cons\u00e9quences sur la g\u00e9ochimie, la g\u00e9ophysique et le climat. En d'autres termes, si la glace ne flottait pas, la vie sur Terre serait impossible.<\/p>\n

Cependant, apr\u00e8s le trait\u00e9 de Kepler, l'observation des flocons de neige est devenue plut\u00f4t un hobby qu'une science s\u00e9rieuse. Dans les ann\u00e9es 1880, un photographe am\u00e9ricain nomm\u00e9 Wilson Bentley, vivant dans la petite ville froide et constamment enneig\u00e9e de Jericho (dans le Vermont, \u00c9tats-Unis), a commenc\u00e9 \u00e0 prendre des photos de flocons de neige en utilisant des plaques photographiques. Il a r\u00e9ussi \u00e0 cr\u00e9er plus de 5000 photographies avant de mourir d'une pneumonie.<\/p>\n

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\nPlus tard, dans les ann\u00e9es 1930, le chercheur japonais Ukichiro Nakaya a commenc\u00e9 une \u00e9tude syst\u00e9matique des diff\u00e9rents types de cristaux de neige. Au milieu du si\u00e8cle, Nakaya cultivait des flocons de neige en laboratoire, \u00e0 l'aide de poils de lapin plac\u00e9s dans une chambre refroidie. Il ajustait l'humidit\u00e9 et la temp\u00e9rature, cultivant les principaux types de cristaux, et a rassembl\u00e9 son catalogue original des formes possibles. Nakaya a d\u00e9couvert que les flocons de neige en forme d'\u00e9toile ont tendance \u00e0 se former \u00e0 -2 \u00b0C et -15 \u00b0C. Les colonnes se forment \u00e0 -5 \u00b0C et environ -30 \u00b0C. <\/p>\n

Il est important de noter qu'\u00e0 une temp\u00e9rature d'environ -2 \u00b0C, des formes floconneuses fines apparaissent, \u00e0 -5 \u00b0C elles cr\u00e9ent des colonnes et des aiguilles fines, quand la temp\u00e9rature tombe \u00e0 -15 \u00b0C, elles deviennent de v\u00e9ritables plaques fines, et \u00e0 des temp\u00e9ratures inf\u00e9rieures \u00e0 -30 \u00b0C, elles redeviennent des colonnes plus \u00e9paisses.<\/p>\n

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\nDans des conditions de faible humidit\u00e9, les flocons de neige en forme d'\u00e9toile forment plusieurs branches et ressemblent \u00e0 des plaques hexagonales, mais en haute humidit\u00e9, elles deviennent plus complexes et dentel\u00e9es.<\/p>\n

Selon Libbrecht, les raisons de l'apparition des diff\u00e9rentes formes de flocons de neige ont \u00e9t\u00e9 mieux comprises gr\u00e2ce au travail de Nakaya. Il a \u00e9t\u00e9 \u00e9tabli que les cristaux de neige se transforment en \u00e9toiles plates et en plaques (et non en structures tridimensionnelles) lorsque les bords poussent rapidement vers l'ext\u00e9rieur, tandis que les faces poussent lentement vers le haut. Les colonnes fines se d\u00e9veloppent diff\u00e9remment, avec des faces qui poussent rapidement et des bords qui poussent plus lentement.<\/p>\n

En m\u00eame temps, les principaux processus influen\u00e7ant si un flocon deviendra une \u00e9toile ou une colonne restent inexpliqu\u00e9s. Il se peut que le secret r\u00e9side dans les conditions de temp\u00e9rature. Et Libbrecht a essay\u00e9 de trouver la r\u00e9ponse \u00e0 cette question.<\/p>\n

La recette du flocon<\/h2>\n

\nAvec sa petite \u00e9quipe de chercheurs, Libbrecht a essay\u00e9 de concevoir une recette pour le flocon. C'est-\u00e0-dire un ensemble d'\u00e9quations et de param\u00e8tres qui pourraient \u00eatre charg\u00e9s dans un ordinateur pour obtenir de l'IA une magnifique vari\u00e9t\u00e9 de flocons.<\/p>\n

Kenneth Libbrecht a commenc\u00e9 ses recherches il y a vingt ans, apprenant l'existence d'une forme exotique de flocon appel\u00e9e colonne ferm\u00e9e. Elle ressemble \u00e0 une bobine de fil ou \u00e0 deux roues et un axe. N\u00e9 au nord du pays, il a \u00e9t\u00e9 choqu\u00e9 par le fait qu'il n'avait jamais vu un tel flocon.<\/p>\n

\u00c9tonn\u00e9 par les formes infinies des cristaux de neige, il s'est consacr\u00e9 \u00e0 l'\u00e9tude<\/a><\/noindex> de leur nature, cr\u00e9ant un laboratoire pour cultiver des flocons. Les r\u00e9sultats d'ann\u00e9es d'observation ont contribu\u00e9 \u00e0 cr\u00e9er un mod\u00e8le que l'auteur estime r\u00e9volutionnaire. Il a propos\u00e9 l'id\u00e9e de la diffusion mol\u00e9culaire bas\u00e9e sur l'\u00e9nergie de surface. Cette id\u00e9e d\u00e9crit comment la croissance d'un cristal de neige d\u00e9pend des conditions initiales et du comportement des mol\u00e9cules qui le composent.<\/p>\n

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\nImaginez que les mol\u00e9cules d'eau sont dispos\u00e9es librement, alors que la vapeur d'eau commence \u00e0 geler. Si l'on pouvait se trouver \u00e0 l'int\u00e9rieur d'un minuscule observatoire et regarder ce processus, on pourrait voir comment les mol\u00e9cules d'eau gel\u00e9e commencent \u00e0 former une structure rigide, o\u00f9 chaque atome d'oxyg\u00e8ne est entour\u00e9 de quatre atomes d'hydrog\u00e8ne. Ces cristaux se d\u00e9veloppent en int\u00e9grant des mol\u00e9cules d'eau provenant de l'air environnant dans leur structure. Ils peuvent cro\u00eetre dans deux directions principales : vers le haut ou vers l'ext\u00e9rieur.<\/p>\n

Un cristal mince et plat (en forme de flocon ou \u00e9toil\u00e9) se forme lorsque les bords se forment plus rapidement que les deux faces du cristal. Le cristal en croissance s'\u00e9tendra vers l'ext\u00e9rieur. Toutefois, lorsque ses faces croissent plus rapidement que ses bords, le cristal devient plus haut, formant une aiguille, une colonne creuse ou une tige.<\/p>\n

Formes rares de flocons<\/b>\"La
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\nUn dernier point. Regardez la troisi\u00e8me photo, prise par Libbrecht dans le nord de l'Ontario. C'est un cristal avec des \u00ab colonnes ferm\u00e9es \u00bb \u2014 deux plaques attach\u00e9es aux extr\u00e9mit\u00e9s d'un gros cristal en colonne. Dans ce cas, chaque plaque est divis\u00e9e en une paire de plaques beaucoup plus fines. Si vous regardez les bords, vous verrez comment la plaque se divise en deux. Les bords de ces deux plaques fines sont \u00e0 peu pr\u00e8s aussi aigus qu'une lame de rasoir. La longueur totale de la colonne de glace est d'environ 1,5 mm.<\/p>\n

Selon le mod\u00e8le de Libbrecht, la vapeur d'eau se d\u00e9pose d'abord aux coins du cristal, puis se propage (diffuse) sur la surface soit vers le bord du cristal, soit vers ses faces, faisant cro\u00eetre le cristal vers l'ext\u00e9rieur ou vers le haut. Le processus qui \u00ab gagne \u00bb d\u00e9pend principalement de la temp\u00e9rature.<\/p>\n

Il est \u00e0 noter que le mod\u00e8le est \u00ab semi-empirique \u00bb. Cela signifie qu'il est partiellement construit pour correspondre \u00e0 ce qui se passe, et non pour expliquer les principes de croissance des flocons de neige. Les instabilit\u00e9s et les interactions entre les innombrables mol\u00e9cules sont trop complexes pour \u00eatre compl\u00e8tement r\u00e9v\u00e9l\u00e9es. Cependant, il reste l'espoir que les id\u00e9es de Libbrecht serviront de base \u00e0 un mod\u00e8le complet de dynamique de croissance de la glace, qui pourra \u00eatre d\u00e9taill\u00e9 par des mesures et des exp\u00e9riences plus pr\u00e9cises.<\/p>\n

Il ne faut pas penser que ces observations int\u00e9ressent un cercle restreint de scientifiques. De telles questions se posent en physique des milieux condens\u00e9s et dans d'autres domaines. Les mol\u00e9cules de m\u00e9dicaments, les puces semi-conductrices pour ordinateurs, les cellules solaires et de nombreux autres secteurs d\u00e9pendent de cristaux de haute qualit\u00e9, et des groupes entiers s'occupent de leur culture. Ainsi, les d\u00e9licats flocons de neige ch\u00e9ris par Libbrecht pourraient bien servir la science.<\/p>\n

Quoi d'autre de \u043f\u043e\u043b\u0435\u0437\u043d\u043e\u0433\u043e \u043c\u043e\u0436\u043d\u0430 \u043f\u043e\u0447\u0438\u0442\u0430\u0442\u044c \u0432 \u0431\u043b\u043e\u0433\u0435 Cloud4Y<\/a><\/noindex><\/b><\/p>\n

\u2192 \u00c9nergie solaire sal\u00e9e<\/a><\/noindex>
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Source : habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

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