Que sont les courants de convection?
Les courants de convection sont des mouvements causés par les changements de température dans les corps liquides ou gazeux. Dans ces corps, les matériaux plus chauds ont tendance à monter, déplaçant les matières plus froides, qui circulent ailleurs; le mouvement continu créé par ce processus est appelé cellule de convection. Les courants de convection sont responsables de nombreux phénomènes dans le monde naturel, bien que leur importance soit souvent négligée. Les océans, les nuages d'orage et la croûte terrestre sont tous des systèmes à grande échelle affectés par ces courants. Sur de plus petites échelles, ils peuvent être observés dans une casserole d'eau bouillante ou une tasse de café.
La chaleur provoque un mouvement rapide des molécules individuelles de matière. Dans un fluide, c'est-à-dire toute substance liquide ou gazeuse, ces molécules chauffées se dilatent et deviennent moins denses. Cela les fait monter dans le fluide, déplaçant les molécules plus froides déjà présentes. Ces molécules plus froides se déplaceront ailleurs dans le fluide; s'ils rencontrent une source de chaleur, ils s'agiteront et se lèveront, tandis que les molécules précédemment chauffées refroidiront et descendront. Cet effet crée des cellules de convection, qui à leur tour génèrent des courants de convection.
Les courants de convection provoquent les effets visibles dans une casserole d’eau chauffée sur un réchaud. L'eau au fond de la casserole, la plus proche du brûleur, chauffe rapidement et remonte à la surface. Les bulles démontrent l'agitation des molécules d'eau chauffée, qui font circuler la chaleur jusqu'à ce que toute l'eau soit bouillante. L'effet peut être plus facilement observé en versant de la crème dans une tasse de café bien chaude. Même sans agitation, la crème commencera à circuler dans le café plus chaud et la différence de couleur dans les deux liquides facilite l'observation des modèles de convection.
À très grande échelle, les courants de convection régissent le mouvement de l'atmosphère autour de la Terre. L'air chauffé par le soleil pénètre dans les régions et les zones plus froides, ce qui entraîne une modification des conditions météorologiques. Les nuages se forment lorsque l'air chaud contenant de l'humidité augmente et rencontre de l'air plus froid à des altitudes plus élevées. Les actions des cellules de convection sur les nuages peuvent provoquer des orages et, parfois, des événements plus spectaculaires. Les tornades et les ouragans résultent tous deux de la violente agitation de l'air et de l'humidité provoquée par la chaleur se déplaçant dans l'atmosphère.
Parmi leurs divers autres effets, les courants de convection sont également responsables des séismes et de l'activité sismique. La surface de la Terre est constituée d'une série de masses continentales solides flottant sur des courants de roche liquéfiée. Ce liquide souterrain, appelé magma, est soumis au mouvement des cellules de convection, tout comme les autres liquides. Les courants de convection dans le magma peuvent faire en sorte que les masses continentales, appelées plaques tectoniques, se lèvent ou se heurtent. Cela peut entraîner des éruptions volcaniques, des tremblements de terre et d'autres activités sismiques catastrophiques.