La neige naturelle et artificielle

Les jeux olympiques battent leur plein ! Evidemment, comme nous sommes en hiver, les sports qui sont en ligne de mire ont rapport à la neige ou la glace : ski, luge, patinage, bobsleigh, hockey, snowboard …

Bref, pour coller à l’actualité, nous allons parler aujourd’hui de la neige naturelle (les cristaux, ses formes). Mais nous allons aussi expliquer la fabrication de la neige artificielle par les canons à neige pour que les skieurs des stations puissent pallier à une insuffisance de précipitations et s’adonnent aux joies de la glisse.

La naissance des cristaux

Pour comprendre comment nous arrive la neige, il faut remonter à la source : le nuage. Mais avant le nuage il y a l’humidité de l’air. Comme nous l’avions expliqué dans un précédent article consacré aux nuages, plus l’air est chaud, plus il a tendance à se « dilater » et plus grande sera sa capacité d’accueil de molécules d’eau.

A chaque température, correspond un maximum d’humidité…Si des molécules d’eau arrivent et dépassent le quota autorisé, il y a condensation en minuscules gouttelettes d’eau liquide, ou en cristaux de glace (selon la zone de température rencontrée). S’il fait très froid et que l’air est chargé d’impuretés, le cristal de glace apparaît. Pourquoi ?
La présence d’impuretés est nécessaire à l’apparition du premier grain de cristal car celui-ci doit s’appuyer sur un support pour « pousser » (souviens-toi de l’expérience sur les cristaux).

Le grain de glace peut également se former à partir de gouttelettes d’eau en surfusion (l’eau est restée liquide à une température où elle aurait dû geler car elle n’a rencontré aucun point d’appui pour que le cristal puisse germer). Bref, cette eau en surfusion à des températures comprises entre -5 et -40 °C, rencontre d’un coup quelques impuretés.

Le cristal grossit alors peu à peu, plusieurs cristaux se regroupent en un flocon devenu trop lourd : il y a alors précipitation neigeuse.

La forme des cristaux

Deux cristaux de neige ne sont jamais rigoureusement identiques mais ils ont quasiment tous comme point commun une symétrie hexagonale. Pourquoi ?

Cela vient tout simplement de la forme de la molécule d’eau et du fait qu’elles aiment s’associer entre elles (comme nous l’avions expliqué dans cet article). Bref, pour construire un cristal, les  molécules s’associent dans les trois dimensions…et cela forme un superbe réseau hexagonal.

Plusieurs facteurs vont jouer pour expliquer les différentes formes. La « concentration » en vapeur d’eau (c’est-à-dire l’humidité présente), la température et les conditions pendant la chute.

Ainsi, si de nombreuses molécules sont disponibles pour faire grossir le cristal, la croissance va être rapide, et plutôt favoriser les pointes. Or dès qu’une pointe se forme, elle attirera plus facilement une molécule incidente qui aura moins de chemin à parcourir et donc la pointe va s’accentuer, la branche apparaît.

Si peu de molécules sont disponibles, donc lorsque l’humidité est faible (air sec), la croissance est plus lente et la forme « facette » va prendre le dessus.

Lorsque le cristal est formé dans le nuage, il va voyager, rebondir, subir d’importantes variations de températures lors de son parcours, ce qui va façonner son aspect.

Enfin pendant sa chute, les températures rencontrées vont encore remodeler la morphologie du cristal.

Voici une vidéo qui te montrera en accéléré la formation d’un flocon

La neige artificielle et le canon à neige

Tu te souviens de notre expérience du pulvérisateur ? Un verre rempli d’eau, deux petits morceaux de paille et tu soufflais très fort ! Le résultat : tout un tas de petites gouttes d’eau jaillissant vers l’extérieur dans le même sens que ton souffle.

Pour le canon à neige, c’est exactement pareil au niveau de la buse, sauf que tout cela se fait à des températures très froides, et avec un air très sec.

De l’eau est aspirée grâce à une pompe à partir de réserves disponibles (nappes phréatiques, rivières). De l’air est lui aussi aspiré et comprimé (grâce à un compresseur). Au niveau de la buse, sous l’effet de la pression, l’eau est expulsée en gouttelettes qui, à cause des niveaux de températures, gèlent d’un coup. Puis les grains de glace s’assemblent entre eux.

Les différences entre neige naturelle et artificielle
Ce qui les distingue surtout c’est leur morphologie différente. Les grains de glace ne sont pas organisés en structure tridimensionnelle hexagonale comme les cristaux de neige naturelle mais sont plutôt de forme arrondie comme une boule de glace (ils sont également plus petits).
En effet, à la différence de sa formation dans un nuage, le processus dans la canon à neige est très rapide ce qui laisse peu de temps aux molécules d’eau de s’organiser en une belle structure hexagonale.

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http://lemondeetnous.cafe-sciences.org/2013/02/blanche-neige/

http://www.sciencepresse.qc.ca/actualite/2006/02/16/secrets-dun-flocon-artificiel

http://www.sirtin.fr/2007/12/22/oh-il-neige/
http://www.sirtin.fr/2012/05/30/pourquoi-la-neige-est-froide/

Une chouette vidéo ici :
http://www.knowtex.com/nav/kezako-comment-fait-on-de-la-neige-artificielle_29194
De belles photos ici
Et des photos de cristaux ici

Texte : Pascale BAUGE – Le Monde et Nous
Illustrations : Stéphanie DUBUT (Stef Comics)