Connect with us

D’où viennent les formes du chou romanesco et des flocons de neige ?

6sO9Al

Sciences

D’où viennent les formes du chou romanesco et des flocons de neige ?

D’où viennent les formes du chou romanesco et des flocons de neige ?

Il est toujours surprenant d’observer la variabilité des formes dans la nature, à grande comme à petite échelle. Elle interroge même parfois. Et cette semaine, c’est la question de Georg Flegel qui a été sélectionnée afin que la rédaction de Sciences et Avenir puisse y répondre. « D’où provient cette forme particulière du flocon de neige ou bien celle du chou romanesco ?« , nous a-t-il demandé sur notre page Facebook à l’occasion du rituel de la Question de la Semaine.

Comme les flocons de neiges, le chou romanesco est un objet fractal, c’est-à-dire qu’il présente des motifs similaires à des échelles d’observation de plus en plus petites. Donc quel que soit le zoom effectué sur celui-ci, les mêmes formes se retrouvent. C’est au mathématicien hors normes Benoît Mandelbrot que l’on doit d’avoir vulgarisé cette branche complexe et fascinante des mathématiques. Il a publié en 1975 un livre, « Les Objets fractals » (Flammarion), qui n’a cessé ensuite d’être réédité. Le terme « fractale » a d’ailleurs été créé pour cet ouvrage.

6sO9Al
Illustration fractale en spirale. Crédits : SAKKMESTERKE / SCIENCE PHOTO LIBRA / AAT / Science Photo Library via AFP

Flocon de neige : des bases posées par un prisme à six faces

Évoquons maintenant plus précisément le cas du flocon de neige. Une molécule d’eau, de formule H2O, est capable de cristalliser. Quand elle se transforme en glace, elle adopte alors une forme géométrique hexagonale qui fournit la base du cristal, un prisme à six faces donc. Des conditions particulières de température et d’humidité sont requises pour que des embryons de glace se forment comme le soulignait Sciences et Avenir dans un précédent article.

Ainsi, ce sont à des températures comprises entre –5°C et –40°C que la vapeur d’eau présente dans l’atmosphère commence à se cristalliser. « La croissance commence généralement avec une impureté qui absorbe quelques molécules et forme ainsi un noyau pour le cristal de glace », explique le physicien Ken Libbrecht sur son site Snowcrystals, consacré au cristal de neige. Deux facteurs principaux influent sur la croissance des cristaux : la température et la saturation de l’air en vapeur d’eau. Le prisme initial va grossir et se développer, donnant naissance à des aiguilles, à des étoiles ou des dendrites. En se rapprochant de la Terre, ces cristaux fondent légèrement et s’agglutinent entre eux pour donner alors les fameux flocons de neige.

Un cristal de neige traverse des milieux très différents au cours de son existence : sa forme est donc imprévisible et probablement unique. Il contient environ 1018 molécules d’eau. Cela donne un très grand nombre d’arrangements possibles.

YeNChL

Crédits : PATRICK PLEUL / dpa-Zentralbild / dpa Picture-Alliance via AFP

Fascinant chou romanesco

Concernant le chou romanesco, l’origine de cette forme fractale était inconnue des scientifiques jusqu’à une publication en 2021 dans la prestigieuse revue Science. Des chercheurs du CNRS et de l’Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique (Inria) ont découvert que le chou romanesco et le chou-fleur sont formés par des bourgeons destinés à devenir des fleurs mais qui deviennent finalement des tiges sous l’influence de gènes régulés. Ces tiges produisent à nouveau des tiges en cascade. Relativement constant chez le chou-fleur, le rythme de production des tiges s’accélère chez le chou romanesco, lui donnant sa forme spécifique. C’est donc une mutation qui contrôle le paramètre morphodynamique (de croissance) qui est responsable de la forme fractale du chou romanesco.

« Nous n’avions aucune idée de comment la forme d’un chou romanesco peut être produite. En comprenant le mécanisme de croissance du chou-fleur, cela nous a ouvert la voie vers la compréhension de ce qui a pu être modifié pour donner un chou romanesco », expliquait précédemment à Sciences et Avenir Christophe Godin, chercheur à l’Inria et co-auteur de la publication.

Continue Reading
You may also like...
Click to comment

You must be logged in to post a comment Login

Leave a Reply

More in Sciences

Trending

On en parle

To Top
Recherche.fr