Johanne question posée dans Sciences et mathématiquesPhysique · Il y a 1 mois

Au cours du processus de convection atmosphérique, est-ce que le volume d'air chaud traverse le volume d'air froid?

Je cherche à visualiser ce phénomène, mais je n'arrive pas à comprendre certaines notions, en autres le fait qu'à la base du phénomène il s'agisse de deux masses d'air qui ne peuvent pas se mélanger...Après quelques recherches sur ce sujet, j'ai appris que l'air est un très mauvais conducteur, mais je trouve cette explication insuffisante. Par dessus tout, ce qui travaille mon esprit, c'est le processus de convection atmosphérique lui-même. Je comprends que le sol, qui a été réchauffé par le soleil, transmet une partie de son énergie aux particules d'air qui se trouvent au-dessus. Comparativement aux molécules d'air situés plus haut, les molécules d'air en surface gagnent de l'énergie et se mettent à bouger dans tous les sens, ce qui en résulte une augmentation de volume et une baisse de densité de cette masse d'air. En vertu du principe d'Archimède, cette masse d'air moins "lourde"  que la masse d'air en plus haute altitude, se mettra à monter. C'est à partir d'ici que j'ai du mal à comprendre la suite du processus. Étant donné que la masse d'air chaud monte, il s'ensuit une baisse de pression au niveau du sol: il y a moins de particules (ou plus aucune particules???). Cette masse d'air plus chaud transporte-t-elle la masse d'air plus froid située au-dessus, ou bien la masse d'air chaud traverse (passe au travers de) la masse d'air froid, qui pousse cette dernière à descendre du même coup? 

Merci et bonne journée.

4 réponses

Évaluation
  • Il y a 1 mois
    Meilleure réponse

    Votre question revient à se demander s'il est possible d'avoir, sans cheminée, le même mouvement d'air ascendant qu'avec une cheminée. Pour comprendre ce qui se passe dans l'atmosphère, donc sans cheminée, il faut répondre aux deux questions suivantes :

    1- Comment chauffer de manière prolongée et suffisamment puissante l'air située en partie basse d'une colonne d'air montante ?

    2- Comment dissocier l'air qui monte de celui qui descend ?

    Quelques éléments de réponse :

    - Le système convectif, dans son ensemble, n'est pas statique. Cela permet d'avoir en permanence une source de chaleur renouvelée, au sol ou issue de l'eau de mer.

    - Le système ratisse large en léchant le sol ou la mer selon une grand mouvement de balai rotatif, ce qui lui permet de collecter une grande quantité de chaleur avant de monter. La vitesse au sol est faible, puis celle dans la colonne montante très rapide, pour une raison de constance du débit d'air. Quand la section traversée est grande, au sol sur une étendue importante, la vitesse est faible et l'air a le temps de se réchauffer. Quand la section traversée (dans la colonne montante) est faible, la vitesse est grande. C'est cette vitesse importante de l'air chaud ascendant qui dissocie le flux ascendant de l'air périphérique. Globalement, on a un mouvement général de l'air qui suit le contour d'une bouée imaginaire en montant dans le trou de la bouée et en descendant sur les côtés, avec de surcroît un mouvement rotatif, vu de dessus, pour assurer un débit identique dans chaque partie du système convectif.

    Remarque 1 : Si le système ne s'organisait pas comme décrit ci-dessus, avec concentration de la chaleur collectée au sol sur une zone restreinte, la convection ne pourrait pas se faire. Ce que vous décrivez dans votre question est justement une configuration qui ne marche pas car, sans concentration de chaleur, le mouvement ascendant n'est pas assez puissant et l'air chaud a alors le temps de se mélanger à l'air plus froid situé juste au dessus (l'auto-organisation des flux en mouvement torique est nécessaire pour amorcer le mouvement convectif). La nature sait finalement trouver les solutions qui marchent, et celle décrit ci-dessus fonctionne (en gros, la nature nous montre comment tourner en rond en 3 dimensions ! et on a là une belle et naturelle machine cyclique thermique en forme de tore)

    Remarque 2 :

    Imaginons que le gradient de température soit très important entre lames d'airs horizontales successives et que ce gradient se forme de manière brutale : Alors, nous aurions une onde sonore qui filerait vers l'espace ! C'est exactement ce qui se passe à l'intérieur des étoiles dans lesquelles des surpressions se créent du fait des réactions de fusion nucléaires, surpression qui se propagent donc sous forme d'ondes sonores : Les étoiles chantent !

    Remarque 3 :

    Le gradient de température doit être supérieur à un certain seuil pour que le mouvement convectif s'amorce et s'auto-entretienne : https://fr.wikipedia.org/wiki/Instabilité_de_Rayle...

    Autre cas, sans mouvement rotatif, avec effet de cheminée :

    Dans les cumulonimbus, l'air chaud du sol monte en partie centrale, entouré d'air humide beaucoup plus dense qui fait office de cheminée. Si vous avez le malheur de vous retrouver piégé, en ULM ou en parachute, dans un cumulonimbus, vous terminez gelé à 12 000 mètres d'altitude. Les vents ascendants y ont des vitesses de l'ordre de 100 km/h. Les cumulonimbus sont d'ailleurs le siège d'orages pour partie provoqués par la friction entre air sec montant et air humide plus statique. (je dis "en partie" car il y a aussi l'ionisation provoquée par les rayons cosmiques). Ci-dessous photo d'un cumulonimbus, avec éclairs, prise par un pilote de ligne en Amérique du Sud de son cockpit.

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  • Il y a 1 mois

    Tu vois une montgolfière ?

    Alors tu imagines ta montgolfière avec une enveloppe transparente et tu as en gros le processus de convection.

    Dans la réalité la couche de contact fait évidemment un mélange des deux airs à températures différentes, avec de toute façon aussi un gradient de vitesse entre les deux masses qui explique in fine que le cœur de l'ascendance reste chaud, l'air environnant froid et la couche intermédiaire est fine.

  • Il y a 1 mois

    L'air chaud se dilate ce qui diminue la densité de l'air. Cela produit une tendance à s'élever en hauteur. Si à côté l'air est froid il va aller du plus dense vers le moins dense et chasser l'air chaud vers le haut.

    En haut de la colonne d'air le côté "air froid" diminue de hauteur, puisque le bas de la colonne fait défaut, en revanche le côté "air chaud" augmente en hauteur. En altitude il se passe le contraire, l'air de la colonne d'air chaud se déverse vers la colonne d'air froid, et la boucle est bouclée

    Au niveau du sol les mouvements vont du froid vers le chaud, et en hauteur du "chaud" vers le froid. Ce faisant il se peut que ce soit l'air du sol qui parviennent en hauteur en se refroidissant en montant, mais cela peut être plus compliqué. Il n'y a pas forcément un seul mouvement au niveau du sol et un autre en haute altitude, mais des couches d'air superposées avec des mouvements différents

  • arrial
    Lv 7
    Il y a 1 mois

    En régime laminaire, certainement non.

    En régime turbulent, il y a mélange.

    Ce qui ne signifie pas que l'air chaud "traverse" l'air froid : ça n'aurait aucun sens dans les lois fondamentales des transferts thermiques.

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    • JohanneIl y a 1 moisSignaler

      En ce cas, la masse d'air froid "coule" le long de la masse d'air chaud?

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