L'onde et la tortue

Connaissez-vous la cymatique, l'art de visualiser les sons en faisant vibrer une surface recouverte d'eau ou de sable? C'est un médecin allemand, le Dr Chladni, qui popularisa la discipline en montrant à Napoléon les drôles de figures qu'on obtient quand on frotte avec un archet une plaque de métal saupoudrée de sable. Secouées par les vibrations, les fines particules tendent à se regrouper aux endroits les moins chahutés de la plaque. Ces zones de calme relatif finissent ainsi par former des lignes, dont le tracé change du tout au tout en fonction de la fréquence des vibrations. En utilisant une coupelle remplie d'eau, on obtient également de magnifiques figures qui en rappellent souvent d'autres, regardez (c'est en anglais, mais les images parlent d'elles-mêmes):


Epatant, non? Les analogies entre les "images sonores" et le monde naturel sont innombrables.

Du plus petit au plus grand
Ça commence avec les atomes. Après tout, c'est logique: un atome est fait de particules élémentaires - électrons, protons, neutrons- qui sont chacune à la fois un grain de matière et une onde. L'atome est une combinaison d'ondes vibratoires qui interfèrent les unes avec les autres. Il n'est donc pas complètement étonnant que les niveaux d'énergie de l'atome correspondent aux figures d'interférences du Dr Chladni [source ici]:

En plus, pour les matheux, on sait maintenant que ces figures étranges reflètent également certaines propriétés fondamentales des nombres premiers et pourraient (peut-être!) fournir la clé permettant de démontrer la fameuse hypothèse de Riemann, sur laquelle les mathématiciens sèchent depuis 150 ans. Vertigineuse correspondance entre physique quantique, phénomènes acoustiques et arithmétique...

La vie moléculaire n'est elle-même pas de tout repos car nos atomes sont eux-mêmes très agités! Et ils ont tendance à se placer là où ça vibre le moins, exactement comme la poudre sur la plaque qui vibre. On peut donc s'attendre à ce que certaines figures d'interférence ressemblent à certaines structures atomiques,

- comme par exemple à des arrangement cristallins métalliques (images sonores dans l'eau, extraites de cette vidéo):

- ou à toutes sortes d'autres arrangements cristallins classiques (source ici):

Il n'y a aucune raison pour que ces phénomènes ne se prolongent pas à l'échelle du visible, surtout pour les cristaux de glace dont la forme reflète la structure microscopique [image extraite de cette vidéo]:

Dans le monde vivant aussi!
Les similitudes avec le monde vivant sont tout aussi troublantes mais plus dures à expliquer. On retrouve par exemple la plupart des plans d'organisation des plantes [source ici]:

Même les spirales de Fibonacci des choux ou des cœurs de tournesol se retrouvent dans l'eau qui vibre:

A la limite, cette dernière ressemblance est la plus explicable: on a déjà vu dans un billet précédent comment de simples considérations mécaniques pouvaient expliquer ces drôles de spirales; on peut donc imaginer qu'on obtient le même effet avec certaines vibrations.

A toutes petites échelles, on reproduit les très jolies formes des diatomées [source ici]:

Par contre pour expliquer les carapaces de tortues je donne ma langue au chat [source ici]:

On sait qu'indépendamment de toute sélection naturelle, les formes naturelles sont en grande partie façonnées par le jeu complexe des tensions qu'elles subissent lors de leur croissance embryonnaire. Ce que nous enseignent en plus ces images, c'est que la combinaison complexe de ces forces aboutit parfois aux mêmes figures d'interférences que celles des vibrations sonores sur la surface d'un liquide.

La vie: l'image d'un son?
Dans certaines plages de fréquences, les figures que l'on observe sur des plaques de Chladni ne sont plus statiques. Elles prennent vie, s'animent, tourbillonnent, se dressent les unes contre les autres comme des petites armées de fourmis:



Toutes ces élégantes curiosités n'ont pas vraiment fait vibrer les scientifiques. Le physicien Hans Jenny dans les années 1960 et plus récemment le naturaliste allemand Alexander Lauterwasser ont exploré le phénomène mais sans vraiment creuser les raisons profondes des similitudes qu'ils ont mises en évidence. Faute d'explication rationnelle, la cymatique a fait le bonheur des mystiques de tous poils, trop heureux d'ajouter ces mystérieuses images à leur collection de mystères ésotériques.

Physiciens, biologistes: au boulot! Vous n'allez quand même pas laisser ces magnifiques phénomènes naturels tomber dans le domaine du paranormal?

Pour en (sa)voir d"avatange:
Le seul site scientifique que j'ai trouvé est celui du son-en-images. Quelques liens intéressants sur cymatics.org, aussi.
Pour en prendre plein les mirettes: la série de vidéos qu'a réalisée Lauterwasser.
Et surtout la magnifique galerie photo d'Eric Heller qui combine merveilleusement bien l'Art et la science

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Billet classé (puissance) x, pour comprendre pourquoi on trouve toujours des suites de Fibonacci dans les fleurs de tournesols ou les spirales des pommes de pin.
La constance du papillon où les figures du chaos présentent elles aussi de drôles de ressemblances avec certaines formes naturelles.
Céladon la clé de la craquelure qui illustre en fin de billet les analogies entre la structure d'un os et celle d'une grue métallique.