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Nuage de convection.
Les nuages de convection, comme ce cumulus, permettent de visualiser la convection thermique dans l'atmosphère : l'air chauffé par le sol se dilate, s'allège et monte comme le montre une animation sur la convection réalisée par Météo-France.
© R. Rosset


Depuis l'Antiquité, les mineurs ont souffert de la chaleur émanant des profondeurs de la Terre : la température atteint souvent 40°C à 900 m. Toutefois, le lien entre le flux de cette chaleur et les transformations de l'écorce terrestre ne fut compris que très récemment.
Dès le début du XXe siècle, les découvertes sur la radioactivité, sur les lois de la circulation de la chaleur et … de la circulation des continents, enflamment les scientifiques.





 


Lord Rayleigh

En 1916, Lord Rayleigh profite des études de ses aînés pour élaborer les «lois» du transfert de chaleur par convection. Il ne pense pas à la Terre, mais à un fluide en général.
Un gradient de température provoque des variations de densité des matériaux. Dans ce contexte, la poussée d'Archimède entraîne des mouvements de matière vers le haut ou vers le bas. Mais, d'une part les forces de frottement, d'autre part la diminution des différences de température tendent à freiner les mouvements dus aux forces d'Archimède. Selon la relation entre ces trois facteurs (nombre de Rayleigh), la matière convecte ou non et la convection présente des caractéristiques différentes.






Quelques schémas, jalons importants de l'approche de la convection du manteau

Par ailleurs, la radioactivité, récemment découverte, est alors considérée comme une source de chaleur pour l'intérieur du globe ce qui permet de supposer que la convection thermique concerne également la Terre.
Ne trouvent place ici que quelques repères historiques : à ce sujet, lire «Voyage à l'intérieur de la Terre», V. Deparis, H. Legros, CNRS éditions, 2000.
Holmes, en 1928, pressent que la convection serait le moteur de la dérive continentale proposée par Wegener, mais les sismologues dessinant déjà à cette époque un manteau à l'état solide, il était difficile de concevoir que ce manteau soit soumis à un brassage. En effet, Rayleigh travaillait sur la convection dans les fluides (1916) et ce n'est que plus tard que l'on sut considérer le manteau comme un fluide … en regard de l'immensité des temps géologiques.
Griggs, en 1939, construit des modèles réduits et pense que les courants convectifs peuvent engendrer des montagnes. L'idée séduit une grande partie des géoscientifiques dans les années 50, mais ne fait pas l'unanimité car il demeure impossible de mettre en évidence les mouvements de convection. H. Jeffreys, pourtant grand théoricien de la convection dans les fluides visqueux, ne peut admettre, en 1959, que la Terre subisse de tels mouvements.
Enfin, Harry Hess explique l'expansion des fonds océaniques vers la fin des années 60 : il associe l'ouverture des dorsales à des montées de matériel chaud et les fosses océaniques à des descentes de matériel froid.
Alors le couplage entre surface et profondeur s'impose dans le sérail.
Si l'on reconnaît largement aujourd'hui que le mouvement des plaques tectoniques est lié aux courants convectifs dans le manteau, les recherches se poursuivent.
Ainsi l'idée de convection est le fruit d'une longue histoire scientifique, non terminée.



 





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