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ENTRELAC BRUNNIEN
Brunnian
link, brunnsche Verschlingung
Notion étudiée par Hermann Brunn en 1892,
et par John Milnor en 1954.
Autre nom : chaîne borroméenne. Sites : fr.wikipedia.org/wiki/Entrelacs_brunnien katlas.org/wiki/Brunnian_link www.maths.ed.ac.uk/~aar/papers/liangmislow.pdf www.knotplot.com www.aesculier.fr Images réalisées avec povray par Alain Esculier. |
Un entrelac est dit brunnien s'il est formé d'un certain nombre de boucles (chacune non nouée), dont aucune n'est libre, mais qui sont libérées dès qu'on enlève l'une quelconque d'entre elles.
Il a été démontré en 1987 qu'aucun entrelac brunnien à 3 boucles ou plus ne peut être formé uniquement de cercles (voir Aigner, Ziegler, Proofs from the book 5. edition p. 95 à 102) .
Exemples :
- tout entrelac non trivial à
deux boucles est brunnien.
- la chaîne fermée formée
de doubles boucles en U de l'image d'en-tête montre qu'il existe
un entrelac brunnien à nombre quelconque de boucles.
- on peut former une version non fermée
de la chaîne précédente, à condition de mettre
deux anneaux bloqueurs aux extrémités ; la première
étape n'est autre que l'entrelac
borroméen :
- On peut aplatir ces anneaux (voir sur le site d'Alain Esculier une animation montrant l'équivalence entre les deux séries) :
- On obtient une autre suite d'entrelacs
brunniens à
n composantes en plaçant n – 1
cercles concentriques et en les enlaçant avec une n-ième
composante de sorte que l'ensemble soit enlacé, mais brunnien.
La figure possède
croisements (nombre supérieur à partir de n = 5 au
8n de la figure d'en-tête), mais ce n'est pas le nombre minimal
de croisements. Le cas n = 3 redonne aussi l'entrelacs borroméen.
- pour fabriquer un entrelac brunnien
à 3 boucles, poser deux boucles l'une sur l'autre et passer la troisième
au dessus de celle du dessus et en dessous de celle du dessous ; ce faisant,
on n'obtient pas un unique type d'entrelacs : par exemple, une famille
infinie d'entrelacs de ce type est formée des bonnets
turcs de type (3n, 3) (donc aussi des polygrammes
entrelacés de type {3n/3}), possédant 6n
croisements.
On remarquera dans les exemples ci-dessous que la boucle
rouge est sur la bleue qui est sur la jaune qui est sur la rouge...
Type (3,3) : c'est l'entrelac borroméen. | Type (6,3) : 12 croisements
voir un exemple sculpté en bas de page. |
Type (9,3) : 18 croisements | Type (12,3) : 24 croisements |
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Malheureusement, les bonnets
turcs de type (pn, p), avec un nombre de composantes
p
>
3 et alternance dessus-dessous, sont non brunniens (donc aussi les
polygrammes
entrelacés de type {pn/p}). Quand p est impair,
les composantes sont tout de même deux à deux non nouées.
Ci-contre, les cas (5,5), (7,7) et (15,5) : si les composantes
sont 1, 2,.., n en tournant vers la droite, et ,
x
est sous y si y – x est impair, et sur y
si
y
– x est pair.
Tout groupe de 3 composantes consécutives forme
donc un entrelac borroméen, et est donc noué.
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Quand p est pair, la situation est "pire" puisque
toutes les composantes sont liées entre elles (figure de gauche).
Dans le cas (4,4), on peut améliorer les choses en modifiant les croisements : dans la figure de droite, en tournant à droite, chaque composante est sous la suivante, vert est sous bleu, et rouge est sous jaune. Et parmi les 4 trios, l'un est trivial (rouge bleu jaune) et les 3 autres sont borroméens donc noués. |
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Mais voici un exemple d'entrelac brunnien à 4
boucles découvert par Brunn lui-même en 1892.
Notons que contrairement aux apparences, les anneaux ne sont pas plans. Bien vérifier que tout groupe de 3 anneaux est formé de 3 anneaux libres, mais que chaque anneau est prisonnier des 3 autres. |
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On présente dans la suite quelques exemples "quasi"-brunniens,
mais cependant non brunniens.
5 boucles, 1, 2, 3, 4, 5 ; en tournant vers la gauche
: 1 est sous 2, 2 sous 3, 3 sous 4, 4 sous 5, 5 sous 1 ; de plus, 1 est
sous 3 et sur 4, et 2 est sous 4 et sur 5, 3 est sous 5.
Toutes les paires sont non nouées, le trio 1-2-3 est non noué, mais le trio 1-2-5 l'est... |
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Même phénomène pour cet entrelac
à 5 boucles dénommé croix de Borromée.
En partant du haut, on note les boucles 1,2,3,4, et on note 5 la boucle centrale. 1 et 3 sont sous 2 et 4, 5 est sous 1 et 3, et sur 2 et 4. Toutes les paires sont non nouées, les 4 trios externes et les 2 trios en croix sont triviaux, mais 4 trios comportant la boucle centrale sont des entrelacs borroméens, donc noués. Tous les quatuors sont noués. |
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Autre entrelacs à 5 boucles.
Toutes les paires sont non nouées, les 5 trios d'anneaux consécutifs sont triviaux, mais les 5 autres sont borroméens. L'entrelac est donc non équivalent au précédent. |
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Cet entrelac à 6 boucles est associé au
rhombicuboctaèdre.
Il est obtenu par dédoublement des trois boucles borroméennes
associées à l'octaèdre.
Chacun des 8 trios tricolores de cercles forme un trio d'anneaux de Borromée, et est donc noué. Cependant, si l'on coupe deux boucles de même couleur, l'ensemble se dénoue. |
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De gauche à droite :
- décoration église grecque à Vienne ; c'est un bonnet turc alterné de type (6, 3) qui est bien brunnien. -stèles funéraires en Turquie.
La deuxième vient du musée archéologique
de Milas.
Non alterné, les boucles sont deux à deux nouées.
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Photo : Stacey Demartini |
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© Robert FERRÉOL 2022