TPE sur les cristaux de neige

Résumé du document

TPE relatif aux cristaux de neige tentant de trouver une explication aux diverses formes de ceux-ci. Il comprend des illustrations.

Extraits

[...] Ensuite, nous avons analysé la formation du germe cristallin. Pour vérifier les conditions nécessaires à cette formation (présence d'une impureté, sursaturation de l'atmosphère en vapeur d'eau, et température basse), nous avons réalisé une expérience en laboratoire qui consistait à introduire une particule solide (représentant l'impureté) dans un liquide amené précédemment jusqu'au stade de surfusion. Par la suite, nous avons vu l'incroyable symétrie des cristaux de neige qui persiste du début de leur formation jusqu'à la fin de leur croissance. Dans une troisième partie, nous avons observé les différentes étapes de la croissance des cristaux de neige, puis qu'elle influait directement sur la forme de ceux-ci. [...]

[...] On les appelle "noyaux de congélation". Formation du germe C'est seulement avec ces trois conditions réunies que la formation de cristaux de neige est possible. Les cristaux de neige ne peuvent se former directement par solidification de la vapeur d'eau que lorsque la température sera inférieure à -39 et l'air saturé. Si la température est supérieure, il faut un support pour démarrer le processus : les gouttelettes d'eau en surfusion présentes dans le nuage entrent en collision avec ces impuretés ; ce qui provoque la solidification (cristallisation) de ces gouttelettes : elles se transforment en particules de glace appelées germes ou embryon des cristaux de glace. [...]

[...] - une température en dessous de pour l'eau. Facettage et symétrie Page 6 La structure hexagonale du cristal de neige (ou du cristal de glace) se forme autour du noyau de glace. Le facettage est la formation de prismes hexagonaux à facettes pouvant atteindre quelques dixièmes de millimètres (les cristaux). Au cours de sa formation le cristal de neige développe des facettes car en certains points de la surface les molécules peuvent s'intégrer plus facilement que d'autres au réseau cristallin : les molécules qui s'ajoutent au noyau initial solide s'accrochent bien mieux sur les surfaces arrondies, car contrairement aux surfaces planes, elles sont rugueuses à l'échelle atomique. [...]

[...] Il y aurait tout de même des paramètres qui eux feraient, par exemple pour le flocon, juste différer la forme ; mais la symétrie et la structure resteraient ordonnées. Page 12 Conclusion : Pourquoi existe-il tant de cristaux de neige différents ? Pour répondre à cette problématique, nous avons tout d'abord étudié la molécule d'eau (qui compose les cristaux de neige), sa géométrie, et donc l'origine de la structure hexagonale de la glace qui est directement liée à cette même forme hexagonale des cristaux de neige. [...]

[...] Pour finir, nous nous sommes rapidement intéressés aux fractales et au flocon de Von Koch, ce qui consiste à se rapprocher de la forme d'un cristal de neige en se servant des mathématiques et de la géométrie. D'autres formes résidant dans la nature (exemple : fougères) ont étés réalisées également grâce aux fractales ; une théorie qui soulève bon nombre de questions est née : la théorie du chaos. Celle-ci consiste à penser qu'il règne une structure ordonnée dans ce qui nous semble le chaos de la nature et des éléments. [...]