La boucle de la queue d'un caméléon, la spirale des écailles d'une pomme de pin et les ondulations créées par les grains de sable en mouvement ont tous le pouvoir d'attirer le regard et d'intriguer l'esprit. Lorsque Charles Darwin a proposé pour la première fois la théorie de l'évolution par sélection naturelle en 1859, il encourageait les passionnés de science à trouver les raisons des motifs naturels observés chez les bêtes de la terre, les oiseaux du ciel et les animaux marins. Le plumage du paon, les taches d'un requin doivent toutes avoir un objectif adaptatif, présumèrent-elles avec empressement.
Pourtant, une personne a perçu tout cela comme un "enthousiasme déchaîné", écrit le scientifique et écrivain anglais Philip Ball dans son nouveau livre, Patterns in Nature: Pourquoi le monde naturel a-t-il l'air ainsi ? Le zoologiste écossais D'Arcy Wentworth Thompson a été poussé à publier son propre traité en 1917, expliquant que même la créativité de la nature est contrainte par les lois générées par les forces physiques et chimiques. Les idées de Thompson n'étaient pas en contradiction avec la théorie de Darwin, mais elles indiquaient que d'autres facteurs étaient en jeu. Alors que la sélection naturelle pourrait expliquer le pourquoi des rayures de tigre - une stratégie pour se fondre dans les ombres des prairies et des forêts - la manière dont les produits chimiques se diffusent à travers le développement des tissus peut expliquer la manière dont les pigments finissent par former une des motifs peuvent apparaître sur une anémone de mer.
Dans Patterns in Nature, Ball s'appuie sur sa propre expérience de physicien et de chimiste ainsi que sur plus de 20 ans d'expérience en tant que rédacteur en chef pour la revue scientifique Nature . Son premier livre, publié en 1999 ( The Self-Made Tapestry ), et une trilogie, publiés en 2009 ( Nature's Patterns: Shapes, Flow, Branches ), explorent le sujet des modèles naturels, mais n’a pas non plus de visuels aussi riches que son dernier.
Patterns in Nature: Pourquoi le monde naturel a-t-il cette apparence?
AcheterLes photographies vives du livre sont essentielles, explique Ball, car certains des motifs ne peuvent être pleinement appréciés que par la répétition. «C’est lorsque vous les voyez côte à côte dans des détails glorieux que vous commencez à avoir une idée de la façon dont la nature prend en compte un thème et s’exécute», dit-il.
Les explications que propose Ball sont simples et gracieuses, comme quand il explique comment une parcelle de sol détrempée peut sécher dans un paysage fissuré. "La couche sèche à la surface tente de se contracter par rapport à la couche encore humide en dessous, et le sol devient tendu, " écrit-il.
Cependant, il offre également suffisamment de détails pour intriguer les scientifiques et les artistes. Les superbes photographies ont été organisées par les concepteurs de Marshall Editions, un éditeur du groupe Quarto à Londres, qui a octroyé la licence du livre à l’University of Chicago Press.
Ball a parlé à Smithsonian.com de son livre et de ses inspirations.
Qu'est-ce qu'un motif?
Je l'ai laissé exprès un peu ambigu dans le livre, car on a l'impression de le savoir quand on le voit. Traditionnellement, nous considérons les motifs comme quelque chose qui se répète de manière identique dans l’espace, un peu comme un motif de papier peint. Mais beaucoup de modèles que nous voyons dans la nature ne sont pas tout à fait comme ça. Nous sentons qu'il y a quelque chose de régulier ou du moins pas aléatoire, mais cela ne veut pas dire que tous les éléments sont identiques. Je pense qu'un exemple très familier de cela serait les rayures du zèbre. Tout le monde peut reconnaître cela comme un motif, mais aucune bande ne ressemble à une autre bande.
Je pense que nous pouvons argumenter que tout ce qui n'est pas purement aléatoire a une sorte de modèle. Il doit y avoir quelque chose dans ce système qui l’a éloigné de ce pur hasard ou, à l’autre extrême, de la pure uniformité.
Pourquoi avez-vous décidé d'écrire un livre sur les modèles naturels?
Au début, c'était le résultat d'avoir été éditeur chez Nature . Là, j'ai commencé à voir beaucoup de travaux sur ce sujet dans la revue - et dans la littérature scientifique en général. Ce qui m'a frappé, c'est que c'est un sujet qui n'a pas de frontières disciplinaires naturelles. Les personnes qui s'intéressent à ce type de questions peuvent être des biologistes, des mathématiciens, des physiciens ou des chimistes. Cela m'a plu. J'ai toujours aimé les sujets qui ne respectent pas ces frontières traditionnelles.
Mais je pense aussi que c'était les visuels. Les motifs sont tellement frappants, beaux et remarquables.
Ensuite, à la base de cet aspect, il y a la question suivante: comment une nature sans plan ni modèle crée-t-elle des modèles comme celui-ci? Lorsque nous créons des motifs, c'est parce que nous les avons planifiés de cette façon, en mettant les éléments en place. Dans la nature, il n'y a pas de planificateur, mais d'une manière ou d'une autre, des forces naturelles conspirent pour créer quelque chose qui a l'air très beau.
Avez-vous un exemple favori d'un motif trouvé dans la nature?
Le motif du flocon de neige est peut-être l’un des plus connus mais vraiment l’un des plus remarquables. Ils ont tous le même thème - cette symétrie hexagonale à six volets et pourtant, il semble y avoir une variété infinie au sein de ces flocons de neige. C'est un processus si simple qui entre dans leur formation. C'est de la vapeur d'eau qui gèle de l'air humide. Il n’ya rien de plus que cela, mais en quelque sorte, il crée ce motif incroyablement complexe, détaillé et magnifique.
Un autre système que nous retrouvons à maintes reprises à différents endroits, tant dans le monde vivant que dans le monde non vivant, est un modèle que nous appelons des structures de Turing. Ils sont nommés d'après Alan Turing, le mathématicien qui a jeté les bases de la théorie du calcul. Il était très intéressé par la façon dont les motifs se forment. Il s’intéressait en particulier à la façon dont cela se passait dans un œuf fécondé, qui est essentiellement une cellule sphérique qui, d’une manière ou d’une autre, est modelée pour devenir quelque chose d’aussi complexe que l’humain qui grandit et se divise.
Turing a proposé une théorie qui expliquait en principe que toute une série de produits chimiques flottant dans l’espace peuvent interagir de manière à créer des différences d’un espace à l’autre. De cette façon, les graines d'un motif vont émerger. Il a exprimé ce processus en termes mathématiques très abstraits.
Maintenant, il semble que quelque chose comme ceci pourrait être responsable des motifs qui se forment sur la peau des animaux et de certains des motifs que nous voyons aussi chez les insectes. Mais il apparaît également dans des systèmes très différents, dans des dunes de sable et des rides de sable se formant après que le vent a soufflé le sable.
Dans votre livre, vous mentionnez le fait que les sciences et les mathématiques n’ont pas encore pleinement expliqué certaines de ces tendances. Pouvez-vous donner un exemple?
Nous avons seulement vraiment compris comment les flocons de neige obtenaient ces formations ramifiées depuis les années 1980, même si les gens étudiaient et réfléchissaient à cette question depuis plusieurs centaines d'années. Pourtant, même maintenant, il est un peu mystérieux de savoir pourquoi chaque branche du flocon de neige peut être à peu près identique. C'est presque comme si un bras pouvait communiquer avec les autres pour s'assurer qu'ils grandissent d'une manière spéciale. C'est toujours surprenant.
De nouvelles formes de motifs sont découvertes presque aussi rapidement que nous pouvons trouver des explications. Il existe d'étranges schémas de végétation dans les régions semi-arides du monde où se trouvent des zones de végétation séparées par des zones de sol nu. Ils semblent aussi avoir un mécanisme semblable à celui de Turing, mais cette compréhension est également très récente.
Qu'espérez-vous que les lecteurs trouveront dans le livre?
Quand j'ai commencé à étudier ce sujet, j'ai commencé à voir des modèles partout. Je me souviens qu'à la moitié de mon premier livre en 1999, alors que j'étais sur une plage du pays de Galles, je me suis soudain rendu compte qu'il y avait des motifs partout. Dans les nuages et le ciel, il y avait différents schémas, il y avait des schémas de vagues, etc. dans la mer. Dans l'eau qui coulait dans le sable, il y avait un type de motif différent. Même les falaises elles-mêmes n'étaient pas purement aléatoires.
Alors, vous commencez à voir des modèles tout autour de vous. J'espère que les gens constateront que cela leur arrive qu'ils comprendront à quel point la structure qui nous entoure est structurée. Il y a juste splendeur et joie dans cela.
