C’est un mystère vieux de cent ans qui vient d’être percé par des scientifiques allemands et suisses : celui des étranges cheveux de glace. Ce phénomène naturel, rare et fugace, consiste en l’apparition de glace sous forme de filaments très fins sur du bois mort, principalement du hêtre ou du chêne, lors de conditions météorologiques particulières. S’il a pu être observé, pour la première fois par Alfred Wegener – célèbre scientifique allemand découvreur de la tectonique des plaques – au début du XXe siècle, le mécanisme exact expliquant sa croissance restait à découvrir. C’est désormais chose faite. Les résultats de l’étude ont été publiés le 22 juillet 2015 dans la revue Biogeosciences.

Un phénomène rare

Pas si facile d’observer ce phénomène éphémère, car il faut être au bon endroit au bon moment. On le rencontre essentiellement dans des forêts de feuillus à des latitudes comprises entre 45 et 55° nord. Il est invisible dans la neige et le givre et pousse la nuit par temps humide, lorsque la température descend légèrement sous 0 °C. Il suffit d’un souffle pour détruire ces fils très fragiles qui fondent dès le lever du soleil.
Fasciné par leur beauté singulière au détour d’une excursion en forêt, Christian Mäztler, un physicien de l’université de Berne, en Suisse, s’est associé à Diana Hofmann et Gisela Preuss, respectivement chimiste et biologiste en Allemagne, afin d’élucider le mystère de leur formation. Pour cela, le trio s’est appuyé sur des travaux plus anciens et des images récoltées à l’étranger pour mettre en place une série d’expériences à partir d’échantillons.

Dès 1918, Alfred Wegener et son assistant suggéraient que le mycélium sur le bois en décomposition contribuait au phénomène des cheveux de glace. Quatre-vingt-dix ans plus tard, le spécialiste suisse Gerhart Wagner montrait pour sa part qu’en traitant le bois avec un antifongique et en le trempant dans l’eau chaude, la croissance de la glace de cheveu était impossible. Restait à identifier le mécanisme exact de croissance des filaments, ainsi que les espèces de champignons concernées.

Influence biologique

La biologiste, Gisela Preuss, s'est intéressée aux échantillons de bois eux-mêmes, récoltés durant les hivers 2012, 2013 et 2014 dans les forêts de Brachbach, dans l’ouest de l’Allemagne. Elle a identifié au microscope onze espèces différentes de champignons. « L’un deux, Exidiopsis effusa, a colonisé l’ensemble des échantillons et dans plus de la moitié d'entre eux, c’était la seule espèce présente », souligne-t-elle dans Biogeosciences.
De son côté, Diana Hofmann, la chimiste, a étudié la glace elle-même. L’analyse chimique de la glace fondue par des méthodes de spectroscopie de masse a montré que l’eau contenait des fragments de lignine et des tanins. Ces composés sont des constituants du bois dont les champignons se nourrissent, ce qui confirme leur influence biologique dans le processus de formation de ces filaments glacés. 

La croissance en accéléré de cheveux de glace. © Erich Albisser/Gletschergarten Luzern
Quant à Christian Mäztler, il s’est attaqué à des expériences visant à mieux comprendre la physique des cheveux de glace à partir d’échantillons recueillis dans une forêt suisse (Moosseedorf). Il confirme – rejoignant ainsi les suppositions d’autres chercheurs – que le mécanisme de production des filaments de glace sur le bois se trouve être la « ségrégation de glace », un mode de formation que l’on retrouve notamment dans le pergélisol.
L’eau liquide à la surface des branches gèle au contact de l’air froid. Une fine couche d’eau liquide se trouve alors prise en sandwich entre la glace et les pores du bois. En raison de forces intermoléculaires, l’eau contenue dans les pores est aspirée vers le front de glace : elle gèle à son tour et s’ajoute à la glace existante. Étant donné que les filaments de glace se forment face aux pores du bois, l’orientation des filaments est déterminée par les rayons de bois.
Malgré tout, pour que des filaments de 10 à 20 centimètres de long et 0,01 millimètre de diamètre puissent se former, la présence de champignons dans le bois est indispensable. L’une des hypothèses est que les composés produits par le métabolisme des champignons empêcheraient la formation des gros cristaux. Cette explication permet aussi de comprendre pourquoi en leur absence, la glace ne forme qu'une croûte sans grand intérêt.