LE MOUVEMENT DE CONVECTION

     Le mouvement de convection est un mouvement de matière qui se produit lorsque l' on a une différence de densité (du matériel dense en haut et peu dense en bas) : cette situation correspond à une diminution de la variation régulière de masse volumique. Dans cette situation, le matériel dense du haut a tendance à descendre, et le peu dense du bas a tendance à monter. Cette diminution de la variation régulière de masse volumique peut avoir des origines diverses (concentration de sel…), mais le plus souvent il est dû à des différences de température : chaud et peu dense en bas, froid et dense en haut. On parle alors de convection thermique. Ce mouvement de convection thermique s’établit si les différences de température et de densité sont importantes, si la viscosité n’est pas trop forte, etc...

Considérons un récipient, chauffé par en bas et se refroidissant par la surface. On a là typiquement un cas de convection thermique.

Notez que dans un récipient refroidi par le bas et chauffé par le haut, la variation régulière de masse volumique ne serait pas inverse, et on n’aurait pas de convection !

Ces tourbillons brassent tout le manteau terrestre, avec une vitesse très faible (1 cm /an). Il en résulte, aux zones frontières des plaques, des mouvements relatifs de divergence, et de convergence.

Le système ci-contre illustre la convection libre transférant la chaleur d'un corps chaud à température Tch à un corps froid à température Tfr. Les deux corps sont plongés dans un fluide. Au contact du corps chaud, le fluide se réchauffe et se dilate, ce qui entraîne un accroissement de la poussée d'Archimède (agrandissement du volume de fluide environnant déplacé). Un mouvement de montée du fluide au-dessus de la source chaude amorce la circulation du fluide. Le fluide chaud est transporté jusqu'au corps froid et laisse sur lui une fraction de son énergie thermique. Un transport de chaleur net s'établit ainsi entre la source chaude et l'objet froid. Dans la convection forcée, un dispositif mécanique forcerait le mouvement de circulation du fluide.

Une des façons dont la chaleur est transférée à travers l'air est par la convection. La convection de l'énergie calorifique dans l'atmosphère comporte le mouvement de l'air. L'air est un mauvais conducteur d'énergie, ainsi la convection est un processus important du mouvement de l'énergie dans l'atmosphère de la Terre. Dans l'atmosphère, la convection se produit quand une couche d'air en contact avec une surface chaude est chauffée par la conduction, devient flottable (un air chaud est moins dense qu'un air plus froid), et s'élève, prenant avec elle l'énergie qu'elle stocke. Pendant que la Terre est chauffée par le soleil, des bulles d'air chaud appelé courants ascendants s'élèvent de la surface chaude.

Le schéma de droite (en cliquant sur cette image) montre l'apparition d'un phénomène convectif dans de l'eau chauffée par le bas. La stabilité verticale du système est perturbée par le réchauffement. Le schéma de gauche (d'après Philippe Gillet) montre le même phénomène dans la Terre.