Observées dans les grottes, les stalagmites sont des curiosités naturelles qui intriguent depuis toujours. Leurs formes variables ont parfois donné lieu à des surnoms poétiques, comme la stalagmite de « Roméo et Juliette » — visible sur l’image principale de cet article.
Mais, derrière ces formes étranges se cache une réalité beaucoup plus simple. Des chercheurs de plusieurs universités des pays de l’Est de l’Europe ainsi que de l’Université de Floride, aux États-Unis, ont trouvé la formule mathématique qui régit la forme des stalagmites dans la nature. Leur étude a été publiée dans la revue PNAS, ce 16 octobre 2025.
En plus d’être des beautés de la nature, les stalagmites sont aussi importantes dans la compréhension du paléoclimat. Et, leur forme influence l’enregistrement des données climatiques au cours du temps.
Un critère purement mathématique
Les stalagmites se forment dans des grottes, à partir d’eau coulant depuis le plafond qui tombe sur le sol. Cette eau a la particularité d’être sursaturée en carbonate de calcium et ce dernier va se précipiter sur le sol de la cave.
Dans cette étude, les scientifiques ont résolu un modèle mathématique datant de 60 ans « qui prédit la croissance d’une stalagmite ‘idéale’ lorsque les conditions dans la grotte restent stables », explique le communiqué de presse de l’Université de Floride.
Les stalagmites peuvent être de forme conique, donc avec un bout pointu, en colonne classique ou encore à sommet plat. Contrairement à ce que l’on pourrait croire, comme l’explique Piotr Szymczak, de l’Université de Varsovie, l’un des auteurs principaux de l’étude, « il s’avère que la grande diversité des formes des stalagmites peut s’expliquer par un paramètre simple ».
En effet, la forme des stalagmites ne dépend pas du hasard, mais bien d’un seul facteur précis : le nombre de Damköler. Ce nombre provient du rapport entre « le taux de précipitation de la calcite [un minéral composé principalement de carbonate de calcium] et le débit de l’eau ».
En fonction des situations, les formes varient :
- stalagmite en forme de colonne : le ruissellement est concentré et régulier,
- stalagmite à sommet plat : le ruissellement est plus étalé,
- stalagmite en forme conique : le débit d’écoulement de l’eau est élevé ou l’eau tombe immédiatement sur la stalagmite depuis le plafond de la grotte.
« Il s’agit d’un cas rare où la beauté que nous observons dans la nature correspond directement à une loi mathématique précise », souligne Piotr Szymczak.
Scanner la nature et lire le passé
Pour prouver leurs théories, les chercheurs ont scanné les stalagmites de la grotte de Postojna en Slovénie au Centre médical universitaire de Ljubljana. « Lorsque nous avons comparé nos solutions analytiques à des échantillons de grottes réelles, la correspondance était remarquable », détaille Matej Lipar, l’un des auteurs de l’étude. Avant de souligner : « Cela montre que même dans des conditions naturelles et chaotiques, la géométrie sous-jacente est présente. »
Le modèle mathématique proposé par les chercheurs permet même de démontrer des détails plus subtils, comme la transition d’une stalagmite avec un sommet plat à un corps en colonne.
Enfin, en plus d’expliquer le mécanisme sous-jacent à la forme des stalagmites, l’étude révèle que la forme de ces roches impacte l’enregistrement des signatures chimiques des isotopes de carbone. Ces signatures chimiques sont très utilisées pour analyser l’évolution du climat à travers le temps.
Anthony Ladd, de l’Université de Floride, déclare : « Les stalagmites sont des archives climatiques naturelles, mais nous constatons maintenant que leur géométrie laisse sa propre empreinte sur les données isotopiques. » Avant de conclure : « La reconnaissance de cet effet nous permettra d’extraire des informations plus fiables sur les climats passés. »
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