La naissance d’un flocon de neige


 
Au Québec, le mois de février est à la fois le plus froid et le plus ensoleillé.

De manière générale, les jours d’hiver où il neige sont plus doux que les jours ensoleillés.

Pourquoi en est-il ainsi ?

C’est que la cristallisation de la vapeur d’eau en glace est une réaction exothermique, c’est-à-dire qu’elle produit de la chaleur.

Tout comme nos congélateurs dégagent de la chaleur.

Pourquoi les flocons de neige ne fondent-ils pas aussitôt en gouttelettes d’eau sous l’effet de la chaleur qu’ils dégagent au moment de leur formation ?

Pour deux raisons.

Premièrement, c’est que leur température demeure sous le point de congélation même s’ils sont plus chauds (c’est-à-dire moins froids) que l’air ambiant.

Deuxièmement, c’est qu’ils dissipent aussitôt cette chaleur le long des bras qu’ils étirent au cours de leur cristallisation. En d’autres mots, leurs bras sont des antennes de dissipation de la chaleur.

La formation des centaines de milliards de flocons au cours d’une tempête de neige est responsable de l’adoucissement de la température à ce moment-là.

Tout comme le miroir et les murs d’une salle de bain se couvrent de buée lors d’une douche, la vapeur d’eau des nuages se dépose à la surface des grains de poussière froids en suspension dans l’air. C’est alors que s’amorce la formation d’un flocon de neige.

Au départ, l’embryon du flocon (appelé germe) est une minuscule bille de glace autour du grain de poussière.

Par adsorption d’eau — qui passe directement de la phase gazeuse à la phase solide — la taille de cet embryon grossit jusqu’au moment où sa morphologie n’est plus la forme la plus efficace pour dissiper la chaleur. C’est alors que six bras surgissent dans six directions différentes, toutes dans un même plan.

Pourquoi six bras ?

C’est qu’en se solidifiant sous forme d’un bloc de glace, les molécules d’eau adoptent une disposition hexagonale. La symétrie des flocons est le reflet de la structure de la matière qui les compose.

Mais pourquoi le flocon est-il plat ?

C’est qu’à plat, les aiguilles ont un meilleur accès à l’air froid. Si les bras poussaient dans toutes les directions, elles se nuiraient mutuellement.

Au-delà d’une certaine taille, les bras du flocon donnent naissance à une nouvelle étoile dont seulement trois des six embranchements auront la possibilité de croitre.

Le bras au bout duquel pousse cette étoile est implicitement son quatrième embranchement. Quant aux deux embranchements qui manquent, leur atrophie vient du fait qu’en pointant vers l’intérieur du flocon, ils n’ont pas accès à de l’air qui est suffisamment froid (en raison de la chaleur dégagée).

À leur tour, les embranchements donneront naissance à d’autres étoiles à trois embranchements jusqu’à épuisement de l’air froid qui est nécessaire à leur refroidissement.

En somme, quand l’air ambiant s’est suffisamment adouci, les flocons cessent de croitre.

Lorsque les flocons naissent à des températures très froides, ils poussent très rapidement et se caractérisent par les fines aiguilles richement ramifiées.

À l’opposé, par temps moins froid, les flocons croissent plus lentement et adoptent une morphologie plus grasse.

Référence : L’architecture des flocons de neige

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