Qu'est-ce qu'une cellule de convection?
Le processus de convection est le principal moyen de transfert de chaleur dans un fluide exposé à une source de chaleur. Habituellement, le fluide, qui peut être un liquide ou un gaz, est chauffé par le dessous par une surface chaude; l'augmentation de la température entraîne une diminution de la densité, provoquant une montée du fluide et un écoulement du fluide plus froid vers l'intérieur pour le remplacer. À mesure qu'il monte, il perd de la chaleur dans son environnement et devient plus dense et plus lourd que le fluide situé en dessous. Il ne peut pas descendre à travers ce fluide ascendant, il se répand donc horizontalement avant de retomber vers la surface et d'être entraîné vers son point de départ par le fluide ascendant. Ce système, appelé cellule de convection, est une caractéristique de la dynamique des fluides qui peut être observée dans diverses situations, de l’eau chauffée dans un pot aux processus à l’échelle planétaire ou stellaire.
L'atmosphère de la Terre présente des cellules de convection à grande échelle: les régions équatoriales reçoivent plus de chaleur du soleil que les pôles, ce qui provoque la montée de l'air chaud, puis son écoulement vers des latitudes plus élevées, où il redescend ensuite vers l'équateur, formant ainsi une énorme cellule de convection de chaque côté. Celles-ci sont connues sous le nom de cellules de Hadley. La vapeur d'eau contenue dans l'air ascendant se condense lorsque l'air se refroidit à haute altitude et peut former des cumulonimbus imposants qui produisent des orages. L'air descend généralement à environ 30 degrés au nord et au sud de l'équateur, période à laquelle il a perdu l'essentiel de son humidité; en conséquence, ces régions sont généralement arides et contiennent certains des plus grands déserts du monde. Le mouvement ultérieur de l'air vers l'équateur est responsable des alizés.
La chaleur du noyau de la Terre maintient la circulation des roches chaudes et fluides dans le manteau supérieur, formant des cellules de convection sous la croûte. Le mouvement résultant de la roche en fusion ou semi-en fusion entraîne le processus connu sous le nom de tectonique des plaques, qui est responsable de la division de la croûte en «plaques» continentales qui se déplacent les unes par rapport aux autres. Ce phénomène est responsable des tremblements de terre et de l’activité volcanique. Les zones de la surface de la Terre situées directement au-dessus d'une cellule de convection peuvent se scinder et se séparer, formant ainsi de nouvelles plaques, comme dans la vallée du Rift en Afrique. Une plaque existante, propulsée par les courants de convection en dessous, peut pousser dans une autre plaque, construisant des chaînes de montagnes telles que l'Himalaya.
Les cellules de convection existent également au soleil. Les images de la surface du soleil révèlent une structure granulaire composée de zones chaudes et lumineuses entourées de limites plus sombres et plus fraîches. Chaque granule indique le sommet d'une cellule de convection formée par un plasma chauffé par le dessous et remontant à la surface, refroidissant puis s'étalant et redescendant à la limite.