Un cristal en colonne. Les aspérités sur les plaques hexagonales sont de petites gouttes d'eau en suspension dans l'air qui se sont figées sur le cristal durant sa chute.

Un cristal récolté par –8ºC (à gauche). L'agrandissement de la base d'une branche (à droite) montre une petite structure qui rappelle la forme du cristal entier.

Dans les profondeurs du manteau neigeux, les flux de vapeur d'eau conduisent à la formation de cristaux modifiés. Celui-ci est apparu à 90 cm sous la surface, près de Fairbanks (Alaska).

Récolté par –11ºC, ce cristal est demeuré intact. Toutes les images de cette page,

à l'exception de celle du bas, ont été obtenues au microscope électronique à balayage par William Wergin et son équipe.

La fonte ou la sublimation (transformation directe de la glace en vapeur d'eau) arrondit la forme des cristaux. Spécimen transporté par avion au laboratoire.

Quatre des 2453 cristaux photographiés au microscope optique par Wilson Bentley dans les années 1930. Les négatifs ont été soigneusement découpés autour des cristaux pour obtenir un fond noir.

Un peu de vapeur d'eau, un germe pour déclencher le processus de cristallisation: c'est tout ce qu'il faut à la nature pour créer les cristaux de neige. Selon les conditions météorologiques, les flocons prennent la forme de plaquettes, de tubes, d'aiguilles ou d'étoiles à six branches finement découpées. Dans ce dernier cas, les cristaux présentent une diversité infinie de formes. On ne découvre jamais deux flocons strictement identiques, bien que les six branches d'un même cristal se ressemblent comme des jumelles.

Ce mystère a fasciné bien des scientifiques. Johannes Kepler, plus connu pour ses travaux sur la trajectoire des planètes, a déjà cherché la cause de la symétrie hexagonale des cristaux de glace. Dans un ouvrage de 1611, Strena, seu, de nive sexangula, il imagine que les cristaux de neige sont constitués d'un empilement compact de sphères microscopiques. A l'image d'un tas d'oranges, cet arrangement possède une symétrie hexagonale. La cristallographie a confirmé la justesse de cette intuition, les sphères microscopiques étant les molécules d'eau.

La géométrie des branches, en revanche, conserve une part de mystère. «Les dendrites apparaissent parce que le cristal se forme très rapidement, en l'espace de quelques secondes, explique Dieter Schwarzenbach, professeur de cristallographie à l'Université de Lausanne. Ça pousse tellement vite que les molécules d'eau n'ont pas le temps de remplir les trous pour former des cristaux pleins.» Mais pourquoi les six branches d'un même flocon sont-elles si ressemblantes? «En 1997, le cristallographe suisse Aloisio Janner a publié une description mathématique complexe qui explique l'existence de similitudes», répond le physicien.

A défaut de tout comprendre, il reste à admirer. Dès les débuts de la microphotographie, la variété des flocons a fait l'objet d'inventaires minutieux. Le plus célèbre est sans doute celui de l'Américain Wilson Bentley, qui a consacré un demi-siècle de sa vie à photographier des flocons. Plus de 2000 de ses négatifs sont parus dans un ouvrage qui fait encore référence (Snow Crystals, par W. A. Bentley et W. J. Humphreys, réédition Dover). Le passionné récoltait ses cristaux sous l'averse au moyen d'une planche, repérait à la loupe des cristaux «méritant conservation photographique», les plaçait sur la lame du microscope et procédait immédiatement à la prise de vue.

La fragilité des flocons a donné longtemps du fil à retordre aux observateurs. Un chercheur américain, William Wergin, a mis au point une méthode pour conserver les flocons dans l'azote liquide et les photographier au microscope électronique. Il a publié en 1996, dans le Journal de la société américaine de microscopie, de magnifiques clichés – il nous a permis d'en reproduire quelques-uns ici – obtenus dans son laboratoire du Maryland, à partir d'échantillons récoltés en Virginie, dans le Colorado ou en Alaska.