La convection

Imaginez une casserole remplie d'eau, et qu'on met sur le feu. Il se crée alors à l'intérieur des mouvements du fluide, qui ne reste pas immobile. Comment cela peut-il se faire, sachant que rien a priori n'a mis le fluide en mouvement ?

Ce qui se passe peut s'expliquer assez simplement. Il faut savoir que l'eau chaude est plus légère que l'eau froide, et que donc, elle a tendance à monter, à cause de la poussée d'Archimède, puisqu'elle est plus légère ! C'est exactement comme pour les montgolfières : l'air chaud qu'elles contiennent est plus léger que l'air froid autour du ballon, et donc par la poussée d'Archimède, le ballon s'élève.

Or on chauffe l'eau de notre casserole par le bas. Donc l'eau chaude au départ se trouve en dessous. Elle a tendance à remonter en surface, où elle se refroidit - et donc redescend, laissant l'eau plus chaude remonter...et ainsi de suite. Ce mouvement s'appelle la convection thermique. Il a tendance à former des rouleaux, comme on peut l'imaginer...

La convection dans votre casserole : comme on chauffe la casserole par le fond et que l'eau plus chaude est plus légère, elle monte tandis que l'eau un peu plus froide, en surface, descend. On crée ce qu'on appelle des "rouleaux de convection".

C'est grâce à ce type de mouvement par exemple, que les bougies peuvent brûler. En effet, une bougie qui brûle consomme de l'oxygène, et chauffe l'air autour d'elle. Donc cet air pauvre en oxygène, mais chaud, monte, et ce faisant, laisse la place à de l'air plus froid, mais plus riche en oxygène, et la bougie peut continuer à brûler. C'est ce qui explique la forme de la flamme : elle s'élève. Et même assez loin au dessus de la bougie, vous pouvez sentir l'air chaud qui monte, il suffit de mettre votre main au dessus.

Par contre, en apesanteur, il n'y a plus de gravité, donc plus de poussée d'Archimède. Si vous essayez d'allumer une bougie, elle va commencer à brûler, mais avec une flamme ronde. En effet, s'il n'y a plus de poussée d'Archimède, l'air chaud ne monte plus, et il reste autour de la mèche. Seulement, une fois que la bougie a consommé tout l'oxygène de cet air qui reste autour d'elle, aucun mécanisme ne permet de renouveller cet air. Donc la bougie, par manque d'oxygène, s'éteint !

Le chauffage électrique utilise lui aussi la convection pour répandre la chaleur dans la pièce - d'ailleurs on appelle de tels chauffages des convecteurs. Les mouvements de convection font que l'air chaud se répartit ainsi à travers la pièce - ils sont donc très efficaces ! A condition bien sûr de ne pas se trouver au plafond. C'est pour cela qu'ils sont toujours près du sol.

Et pour finir, c'est aussi ce qui explique pourquoi il y a du vent ! Comme l'air est transparent, la lumière du soleil chauffe non pas l'air, mais le sol directement. Le sol chauffe alors l'air qui se situe juste au dessus, qui se trouve alors être plus chaud que l'air plus en altitude. Un mouvement de convection prend alors naissance : c'est le vent ! Il y a par exemple aux alentour de l'équateur une zone où, parce que l'air monte, il y a très peu de vent. Cette zone s'appelle le "pot-au-noir" (et non pas le poteau noir) et on entend souvent les navigateurs s'en plaindre...

Le soleil chauffe la plage plus que l'eau, donc l'air au dessus de la plage s'échauffe plus. Il a tendance a monter, et à être remplacé par de l'air qui vient de la mer. C'est ce vent dit "thermique" que l'on a souvent dans la journée sur la plage - c'est la brise, quoi. Les nuages, qui se trouvent plus haut en altitude, n'y sont en général pas soumis...