► Soleil : comprendre la convection

Parfois, un seul et même processus physique dans la nature permet d'expliquer une variété de phénomènes. La convection est un de ces processus. La convection fonctionne sur le principe suivant : les fluides chauds de faible densité montent alors que les fluides froids descendent. Les fluides chauds vont s'élever le long d'une colonne, vont libérer leur chaleur, puis redescendre pour être réchauffer, ensuite remonter, et ainsi de suite. Les gaz, comme ceux composant notre atmosphère sont aussi des fluides. Un ensemble de fluides peut être piégé dans le cycle précédemment décrit. Lorsque cela se produit, il devient partie intégrante d'une cellule de convection.
Il existe des cellules de convection de toutes tailles. Elle peuvent être millimétriques ou plus grosses que la Terre. Elles fonctionnent toutes de la même façon. Le phénomène de convection que l'on peut probablement observé le plus souvent se situe dans les cumulonimbus. Ces nuages verticaux très élevés peuvent se développer en quelques minutes. Le sommet de ces formations prend l'apparence d'un chou-fleur à mesure que l'air chaud et humide monte à travers le centre du nuage. L'humidité se condense en se refroidissant et l'air devenu plus frais descend.
En descendant le long de l'extérieur du nuage, l'air parvient à des altitudes basses plus chaudes à partir desquelles il remonte dans des colonnes d'air situées au centre du nuage. Cette cellule en forme de fontaine peut générer d'autres cellules à proximité et de l'air peut se déplacer d'une cellule à l'autre. La grêle se forme lorsque les gouttelettes d'eau ,entraînées par de forts courants ascendants, gèle, tombe à travers le nuage et sont entraînées à nouveau vers le haut. Une couche supplémentaire d'eau gèle autour de la boule de glace à chaque fois que celle-ci remonte dans le nuage. Finalement, la grêle devient trop lourde pour monter et s'abat sur le sol. Les gros grêlons, lorsqu'on les coupe en plusieurs parties, laissent apparaître de multiples couches, indiquant le nombre d'ascensions effectuées lorsqu'ils étaient pris dans la cellule de convection.
La convection se produit également sur le Soleil. Une image à haute résolution du Soleil [...] montre un motif semblable à des grains de riz [photo ci-contre]. Des cellules de convection de très grande taille sont la source de cette granulation. Le centre brillant de chaque cellule représente le sommet de la colonne ascendante de gaz chauds. Les contours sombres de chaque grain représentent les gaz refroidis qui commencent à redescendre pour être ensuite réchauffés. Ces granules sont de la taille de la Terre, voire plus gros. Ils sont en permanente évolution.
Les nuages d'orage et la granulation solaire sont des exemple de convection à grande échelle. Par chance, le phénomène de convection peut être reproduit plus facilement. Un excellent exemple est celui de la soupe japonaise "Miso" au graines de soja.
Le liquide constituant la soupe est chaud. La surface est exposée à l'air frais. Le fluide chaud monte depuis d'intérieur du récipient vers la surface où il dégage de la chaleur. Ainsi refroidi, le liquide redescend dans le récipient pour être réchauffé.
La soupe va donc dissiper peu à peu elle-même sa chaleur (et par conduction, le long les parois du récipient) et finalement parvenir à la température de la pièce.
La granulation formée par les graines de soja et d'autres ingrédients aidera à bien rendre visibles les cellules de convection. On verra ainsi les cellules évoluer et changer de position. Le phénomène pourra être observé d'une bien meilleure façon dans un récipient à fond très sombre. [...]
Le fonctionnement de la convection décrit ci-dessus est valable pour des cas où les effets de la gravité se font ressentir (montée de l'air chaud, descente de l'air froid). Mais que se passe-t'il dans l'apesanteur de l'espace où les notions de haut et de bas n'ont aucune signification ?

Crédit : Solarviews.com
(Texte traduit de l'anglais)