énigme des trois maisons

L'énigme des trois maisons, aussi appelée l'énigme de l'eau, du gaz et de l'électricité, est un jeu mathématique dont l'analyse utilise un théorème de topologie ou de théorie des graphes. Ce problème n'a pas de solution. Georges Perec le cite en 1978 dans son livre Je me souviens : « Je me souviens des heures que j'ai passées, en classe de troisième, je crois, à essayer d'alimenter en eau, gaz et électricité, trois maisons, sans que les tuyaux se croisent (il n'y a pas de solution tant que l'on reste dans un espace à deux dimensions ; c'est l'un des exemples élémentaires de la topologie, comme les ponts de Königsberg, ou le coloriage des cartes) ». Cette énigme est déjà posée par Henry Dudeney en 1917 dans son livre Amusements in mathematics. Il précise qu'« il existe une demi-douzaine d'énigmes vieilles comme le monde, qui réapparaissent perpétuellement ». Celle de l'article en est une, qu'il appelle eau, gaz, et électricité. Elle est popularisée par Martin Gardner, qui la présente dans son Sixième livre de jeux mathématiques. Il existe deux approches pour démontrer l'inexistence d'une solution connectant chacune des trois maison directement aux trois fournisseurs. La première approche montrant l'impossibilité utilise le théorème de Jordan, indiquant que si l'on dessine une boucle dans un plan, le complémentaire de la boucle, c'est-à-dire la partie non dessinée du plan, se compose de deux connexes par arcs, l'un borné (l'intérieur de la boucle) et l'autre non (l'extérieur de la boucle). La seconde approche, plus générale, utilise la formule d'Euler pour les graphes planaires. Elle est une étape dans la démonstration du théorème clé des graphes planaires, due à Kazimierz Kuratowski.