Qu’est-ce que la circulation atmosphérique – Courants de convection – Définition

Courants de convection – Circulation atmosphérique

Un des phénomènes de la plus haute importance pour le climat de la Terre est la circulation atmosphérique , qui est le mouvement de l’air à grande échelle, et un moyen par lequel l’énergie thermique (ainsi que la circulation des océans) est distribuée à la surface de la Terre. . La circulation atmosphérique de la Terre varie d’une année à l’autre, mais la structure à grande échelle de sa circulation reste relativement constante.

La circulation atmosphérique est une conséquence de l’illumination de la Terre par le Soleil et des lois de la thermodynamique . La circulation atmosphérique peut être considérée comme un moteur thermique alimenté par l’énergie du soleil et dont l’énergie finit par sombrer dans l’obscurité de l’espace. De ce point de vue, les éoliennes sont également alimentées par le Soleil.

Création de courants de convection

La création de courants de convection  repose sur trois hypothèses physiques:

• Présence d’une source de chaleur . Une source de chaleur est nécessaire car les  courants de convection  sont générés par les différences de densité dans le fluide dues aux gradients de température. En convection naturelle, le fluide entourant une source de chaleur reçoit de la chaleur et, par conséquent, la dilatation thermique devient moins dense et augmente. La dilatation thermique du fluide joue un rôle crucial. En d’autres termes, les composants plus lourds (plus denses) vont tomber, alors que les composants plus légers (moins denses) augmentent, entraînant un mouvement de fluide en vrac.
• Présence d’une accélération appropriée. La convection naturelle ne peut se produire que dans un champ gravitationnel ou en présence d’une autre accélération appropriée, telle que l’accélération, la force centrifuge et la force de Coriolis. La convection naturelle ne fonctionne pas essentiellement dans l’orbite de la Terre. Par exemple, dans la station spatiale internationale en orbite, d’autres mécanismes de transfert de chaleur sont nécessaires pour éviter la surchauffe des composants électroniques.
• Géométrie correcte . La présence et la magnitude de la convection naturelle dépendent également de la géométrie du problème. La présence d’un gradient de densité de fluide dans un champ gravitationnel ne garantit pas l’existence de courants de convection naturelle. Ce problème est illustré dans la figure suivante, où un fluide est entouré de deux grandes plaques horizontales de température différente (T _supérieure  T _inférieure ).
  • Dans le  cas A,  la température de la plaque inférieure est supérieure à celle de la plaque supérieure. Dans ce cas, la densité diminue dans la direction de la force gravitationnelle. Cette géométrie induit une circulation de fluide et le transfert de chaleur se produit via  une circulation naturelle . Le fluide le plus lourd descendra, se réchauffant au cours du processus, tandis que le fluide le plus léger augmentera en refroidissant.
  • Dans le  cas B,  la température de la plaque inférieure est inférieure à celle de la plaque supérieure. Dans ce cas, la densité augmente dans la direction de la force de gravitation. Cette géométrie conduit à des conditions stables, à un gradient de température stable et n’induit pas de circulation de fluide. Le transfert de chaleur se fait uniquement par conduction thermique.