Colonnes de glace et orgues basaltiques, même musique ? Ou les bienfaits d’un feu rouge

Publié par Bernard Guy, le 26 janvier 2022   800

A Saint-Etienne, l’entrée principale du bâtiment historique de l’Ecole des Mines donne sur un éminent carrefour, à l’intersection du Boulevard Karl Marx et du Cours Fauriel et ses deux contre-allées. A l’approche de l’Ecole, mon vélo descend tout seul la petite rue Henri Fayol ; cette dernière mériterait d’ailleurs d’être rallongée et faire ainsi honneur au grand ancien de notre institution, géologue-manager, auteur de la Théorie des deltas et de l’Administration industrielle et générale. Mais ce n’est pas le sujet, et je me remets à pédaler sur le faux plat montant en direction du portail ; celui-ci est précédé par un feu tricolore du système gérant le grand carrefour. Ce matin-là, le feu était rouge, et quelques voitures devant moi m’obligèrent à faire une halte juste sous la banderole annonçant l’exposition en cours à la Rotonde (Centre de culture scientifique). J’aurais pu griller le feu, certains cyclistes le font bien ; sur la contre-allée, cela ne gêne personne ?

NON. Attendons donc. Cette annonce, je ne l’avais vue que de loin : un bel iceberg blanc bleuté posé sur une mer calme, « Exposition-ateliers Antarctique, du 28 septembre au 17 décembre 2021, La Soucoupe ». Mais ces quelques secondes offertes par la déférence à la loi comptent autant que les quelques semaines qui les auront prolongées. Le feu était redevenu vert. Je ne suis pas reparti. Laissant certainement passer plusieurs cycles vert-orangé-rouge, j’ai longuement observé les prismes de glace sous l’iceberg vedette (1) !

Après quelques instants de remise en selle, si je n’ai pas crié « eurêka ! » (εὕρηκα !) c’est surtout pour ne pas troubler l’ordre public, les gendarmes ne sont pas loin (me demandant quand même si notre illustre ancêtre de Syracuse eût trempé dans pareille eau ?). Pendant cette pause forcée, mon esprit était allé rejoindre les manchots du continent austral, il avait également retrouvé les aigles volant au-dessus des coulées volcaniques de la Haute-Loire, non loin de Saint-Etienne.

Regardez donc ces deux photos. Voici la première (à comparer à la photo en en-tête de ce billet) : elle montre un autre iceberg, basculé (derrière des mammifères marins en position de sieste) :

Et voici la seconde : des roches de contrées tempérées, non loin de Saint-Etienne :

Eh bien ! N’y a-t-il pas comme un air de famille ?! Etonnant n’est-ce pas ? De retour devant mon écran, je consulte « icebergs, images ». Je récolte quelques nouvelles et magnifiques photos. Elles ratifient mon enfièvrement intérieur. J’envoie force méls à des collègues, surtout des glaciologues, et à des naturalistes spécialistes des contrées gelées. « Personne n’a jamais expliqué cela, c’est sûrement très rare… ».

Alors quelques calculs rapides : un iceberg qui plonge dans la mer a une température de quelques – 20 à – 30 degrés Celsius ; il rencontre une eau chaude pour lui, autour de zéro. Va-t-il se mettre à fondre (même gros, il est infiniment petit par rapport au grand océan) ? Je récupère pour l’eau et la glace les diffusivités thermiques (elles nous disent si la chaleur se propage plus ou moins vite). Réponse : en se dirigeant vers l’interface entre l’iceberg et la mer, le froid va aller plus vite depuis l’intérieur de la glace que le chaud (relatif) de l’eau de mer ne va voyager vers cette interface… Donc, de la glace va commencer à se former ; et puis ensuite, plus tard, le tout fondra… Et grâce encore à la thermodynamique, je devine la quantité gelée par le réchauffement de quelques degrés de l’iceberg : ouf, ce n’est pas négligeable !

Et je me remets à la bonne vieille surfusion de constitution. L’eau de la mer est salée, la glace ne veut pas de sel ; l’eau va donc devenir plus salée aux abords de la glace en croissance, et empêcher la poursuite de la congélation. La chaleur se transporte plus vite que la matière... Une petite bosse de glace qui s’avance dans l’eau plus loin de l’interface voit de l’eau moins salée, et peut se développer plus vite : des digitations, voilà l’amorce des colonnes ! Encore quelques petits calculs de bord de table : les gradients thermiques, les coefficients de diffusion, les énergies interfaciales, la pente du liquidus. Pour expliquer la taille des cellules, cela devrait pouvoir aller…

Et cette glace nouvelle prismée est moins solide que la glace initiale formée et compactée dans les profondeurs du glacier : elle va reculer plus vite sous l’effet de l’érosion marine et de la fonte à l’air libre. Cela n’explique-t-il pas ces surplombs du reste de l’iceberg au-dessus des colonnades ?

Pendant ces quelques jours, je reste « scotché » à ces idées et mène diverses expéditions oniriques. Faisons l’impasse sur l’étape du mal de mer pour y aller : je me trouve projeté sans embarras dans ces continents lointains. Un jour, je m’accroche à un drone et survole les orgues blanches sous toutes leurs coutures. J’en casse des morceaux pour analyse. J’essaie de trouver des chaussées de géants. Un autre jour, je n’hésite pas à plonger sous la glace avec une combinaison à l’isolation thermique parfaite. Je vais faire dans l’eau gelée ce qui est plus difficile à faire en vrai dans un magma à 1000 degrés : oui, combien de fois j’aurais aimé voir comment le liquide silicaté se solidifie, toucher les orgues noires qui y avancent. Sous l’iceberg, je suis émerveillé par les bulles de gaz émises par la glace qui les refuse, et remontant le long des colonnes. D’autres jours, je me permets quelques haltes pour observer les manchots, faire des virées en zodiac entre les icebergs, rien que pour le plaisir et le délassement.

Mon esprit se promène entre les lingots métallurgiques, les coulées volcaniques, les montagnes de glace, et même le terril charbonneux de la Ricamarie (voir l’événement annoncé sur Echosciences Loire (2)). Ce sujet de la prismation m’occupe depuis si longtemps ! Les colonnes de glace apportent, de façon détournée, de l’eau à mes propositions : « non, bien sûr, les colonnes ne sont pas la conséquence d’une diminution de volume lors du passage liquide -> solide, ni d’une contraction thermique lors du refroidissement (comme de la boue qui sèche) ! Regardez ces prismes immaculés, on croirait des tubes basaltiques, aucun espace entre eux, pas davantage que dans les roches. La glace prend plus de place que l’eau, c’est bien connu ; et elle va se réchauffer et se dilater un peu, tant qu’on la voit, avant de fondre… Quel rétrécissement aurait-il pu la structurer ? L’analogie visuelle avec l’argile racornie au soleil est trompeuse pour nous mettre sur la voie des orgues volcaniques ; et l’hypothèse de contraction thermique ne fonctionne pas du tout dans un certain nombre de situations décrites par mes soins ! » Bon, je m’emporte.

Au bout de quelques jours, le dédain complet de l’urgent n’est plus de mise, ni l’ignorance des préoccupations de mon entourage. Avant de passer à autre chose, deux ou trois heures d’écriture pendant une nuit : au matin je mets sur les archives ouvertes HAL du CNRS un petit concentré où je propose mon hypothèse de façon préliminaire ; vous le trouverez au lien suivant

https://hal.archives-ouvertes....

J’ai de quoi faire un article plus argumenté, appuyé sur des calculs sérieux : cela attendra un peu. Il faut revenir à mes semblables, aux soucis de la Covid. Aux ombres du monde (?) : les icebergs étaient si étincelants, si purs…

Conclusion logique de cette histoire : respectez le code de la route. Vous ferez certainement (3) de grandes découvertes.

Je remercie mes collègues glaciologues de Toulouse et de Grenoble pour de premiers échanges (parmi eux Frédérique Rémy, Christian Vincent) ; ainsi que, de façon spéciale, Raphaël Sané (guide naturaliste) pour ses photographies remarquables et ses commentaires intéressants (tel celui sur l’expérience des plongeurs). Sans vouloir compromettre aucun dans les hypothèses présentées. Je salue les médiateurs de la Rotonde (CCSTI de la Loire et Ecole des Mines) pour l’exposition (automne 2021) à l’origine de cet écart, et Christine Berton pour son invitation à prendre la plume pour Echosciences Loire. Si je ne suis pas sûr de pouvoir vous emmener en Antarctique, n’hésitez pas à me demander de vous accompagner en Haute-Loire…

Crédits photographiques : les images de glaces sont de Christopher Michel : ce photographe donne l’autorisation de les utiliser, à condition de mentionner son nom (voir son site Antarctica 2013, Journey to the Crystal desert). La photo de basaltes prismés de Haute-Loire a été prise par votre serviteur.

(1) Prismes et plans, je ne fais pas la distinction ici (voir aussi la notice déposée sur HAL) ; leur coexistence au sens large dans ces contextes est elle-même une indication allant dans le sens des hypothèses avancées (voir les travaux en science des matériaux).

(2) https://www.echosciences-loire...

(3) Tempérons : dois-je croire tout cela ? Insuffisamment critiqué par mes pairs ni étayé par diverses analyses ? En ce qui me concerne, ce n’est que l’ouverture d’un chemin qui réservera assurément des surprises ; c’est l’esquisse d’un programme de recherche.