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Pour la Science N°329 - mars 2005

logique et calcul

La délicate géométrie du carré

Un nouvel art géométrique à base de carrés produit d'innombrables tableaux géométriques coloriés, à la frontière de l'ordre et du désordre, sur la base d'un problème ancien : paver un carré avec des carrés. Enfin, les lecteurs ont fait une découverte : la ballade des quadruplets.
Jean-Paul Delahaye
Bien sûr, tout carré se découpe en quatre carrés identiques, et pour tout entier n, en n2 carrés identiques. Personne n'accorde de valeur esthétique à ces découpages évidents à l'exception de certains artistes minimalistes dont François Morellet. En 1953, celui-ci a peint une toile intitulée 16 carrés, représentant, en noir sur blanc, la décomposition d'un carré en 16 carrés égaux et cette toile, présentée comme une œuvre majeure de l'artiste, était exposée au Musée du Jeu de Paume à Paris lors de l'exposition Morellet de 2001.

Un véritable art minimaliste non trivial produisant des œuvres agréables est pratiqué par les amateurs d'énigmes géométriques, qui, à l'occasion de travaux sans prétention, découvrent des figures remarquables de simplicité et d'élégance (qu'on pourra préférer à celles des artistes de galeries) et démontrent des théorèmes qui permettent d'en énumérer des familles infinies.

Découpages parfaits du carré

Avant de présenter les résultats récents de Karl Scherer, revenons sur quelques dissections classiques en carrés. La première recherche sur le découpage en carrés fut proposée en 1925 par Z. Moron qui découvrit une décomposition du rectangle 33 × 32 (presque un carré !) en carrés plus petits, tous de tailles différentes (voir la figure 1a). De tels découpages sont qualifiés de parfaits. Le problème de trouver un découpage parfait de carré (et non plus d'un rectangle) resta ouvert pendant un bon moment et on affirma même qu'il était impossible à résoudre. En 1939, R. Sprague mit fin à l'incertitude en proposant un découpage du carré en 55 carrés de tailles différentes. Un découpage parfait du carré en 24 fut ensuite découvert par Willcocks en 1948. Enfin, en 1978, A. Duijvestijn mit un terme à cette progression en exhibant un découpage parfait du carré en 21 carrés, dont on démontra qu'il ne pouvait être amélioré : il...

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L'auteur

Jean-Paul Delahaye est professeur d'informatique à l'Univ. de Lille.

Pour en savoir plus

D. Wells, The Penguins Dictionary of Curious and Interesting Geometry, Penguin Books, Londres, 1991.

Karl Scherer, A General Theorem on Non-Touch Tilings of Squares and a General Theorem on Nowhere-Neat Tilings of Squares, in Journal of Recreational Mathematics, pp. 1-13, 2003.

Pages de Karl Scherer : http://karl.kiwi.gen.nz/

Jean-Paul Delahaye, Les inattendus mathématiques, Belin/Pour la Science, chapitre 8, 2004.

Martin Gardner, Problèmes et divertissements mathématiques, tome 2, Dunod, Paris, 1965.

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