Le laiteux, la texture lisse du verre de plage évoque une histoire de transport turbulent, les bords rugueux ont été abrasés pour produire des courbes. Les mêmes caractéristiques lisses peuvent être observées dans les roches des rivières et les sables des dunes.

Combinant des modèles mathématiques avec des expériences de laboratoire et des mesures sur le terrain à partir d'une rivière, un océan, et un champ de dunes, une équipe dirigée par le géophysicien de l'Université de Pennsylvanie Douglas J. Jerolmack a découvert que les mêmes processus généraux guident l'arrondi de ces divers types de particules. Ils ont rapporté leurs découvertes dans le journal Avancées scientifiques .

"Nous montrons ce sable soufflé par le vent, galets de rivière, et cailloux travaillés à la vague tout autour de la même manière en se heurtant, " dit Jerolmack. " Et, plus important, nous montrons comment la nature sélectionne les conditions qui conduisent à ce comportement universel."

Les modèles mathématiques expliquant l'universalité de cette évolution ont été créés au cours des dernières décennies, dans l'effort de prouver la conjecture de Poincaré, une percée majeure en mathématiques pures. Il s'avère que les mêmes équations ont une seconde, interprétation non moins intéressante en tant que modèles pour l'évolution naturelle de la forme.

Développer cette généralité sur la façon dont les particules rondes peuvent aider les scientifiques à reconstituer l'histoire d'autres particules, une stratégie que Jerolmack et ses collègues ont utilisée pour reconstruire l'histoire du transport des cailloux sur Mars dans un article de Nature Communications de 2015 qui affirmait la probabilité d'eau liquide sur cette planète.

Les travaux pourraient également permettre aux chercheurs de suivre les morceaux de sédiments qui se détachent des particules plus grosses. Petit mais puissant, ces grains construisent des zones humides, plaines inondables, et plages, affectant tout, de la résilience aux ouragans à la productivité agricole.

L'équipe de recherche, qui comprenait Gábor Domokos, un mathématicien à l'Université de technologie et d'économie de Budapest, et Tímea Novák-Szabó, un chercheur postdoctoral qui a passé du temps dans les laboratoires de Jerolmack et de Domokos, avait déjà réfléchi à la façon dont les roches de la rivière s'arrondissent. Dans des études antérieures, ils ont montré que ces particules deviennent d'abord lisses lorsqu'elles rebondissent dans le lit d'une rivière, leurs angles vifs s'écaillent, puis deviennent plus petits à mesure qu'ils continuent à entrer en collision avec d'autres particules.

Dans le nouveau travail, ils montrent comment la géométrie simple prédit une évolution de forme commune pour la plupart des sédiments, qu'il s'agisse de grains de sable soufflés par le vent, des blocs de calcaire entrant en collision dans un tambour rotatif dans un laboratoire, ou des cailloux renversés par les vagues de l'océan.

En utilisant des ensembles de données des dunes de White Sands au Nouveau-Mexique, un lit de rivière portoricain, une plage italienne, et le laboratoire de Domokos, les chercheurs ont montré que leur prémisse était vraie :les collisions avec d'autres particules faisaient s'arrondir toutes ces particules de manière identique.

Les similitudes découlent des contraintes que les particules voyageant le long d'un lit - qu'il s'agisse d'une rivière, une dune, ou un océan—partagez. Ces particules, les chercheurs ont trouvé, ont tendance à prendre la forme de formes allongées, entrer en collision avec des particules de taille similaire, et le faire avec un niveau de force qui favorise l'écaillage de petits fragments de sédiments, par opposition à des forces plus importantes qui pourraient provoquer la fragmentation d'une particule en gros morceaux, ou des forces faibles qui useraient une surface comme du papier de verre.

Avec cette règle générale maintenant en main, les chercheurs disposent des outils mathématiques nécessaires pour reconstituer l'histoire du transport de toute particule de sédiment en fonction de sa forme, améliorer leur capacité à prédire l'évolution du paysage dans le temps.