La convection naturelle est un type de transfert de chaleur dans lequel des forces non humaines influencent le refroidissement et le chauffage des fluides, tels que les gaz et les liquides. Le transfert de chaleur crée un cycle appelé courant de convection où un fluide chaud est remplacé par un fluide plus froid. Tous les fluides et la matière sont constitués de minuscules blocs de construction appelés atomes, qui se regroupent en molécules. Le mouvement de ces molécules est ce qui fait monter ou descendre les fluides.
La convection naturelle aide à expliquer de nombreux systèmes naturels de la Terre, tels que les courants océaniques et les couches atmosphériques. Cela contraste avec la convection forcée, qui fonctionne sur le même principe mais comporte une source de chaleur créée par des dispositifs artificiels, tels que des ventilateurs à air ou à eau qui accélèrent le cycle de transfert de chaleur. La convection forcée et la convection naturelle peuvent être utilisées à des fins spécifiques, telles que le chauffage des maisons ou l’approvisionnement en eau municipale.
Sous l’action d’une source de chaleur, comme le soleil ou la chaleur souterraine, les fluides montent souvent. Par exemple, lorsque le soleil réchauffe la surface de la Terre, l’air au sol est presque toujours plus chaud que l’air plus haut dans le ciel. La chaleur dilate les espaces entre les molécules, rendant l’air plus léger et l’élevant au-dessus de la surface. Au fur et à mesure que l’air s’éloigne du sol chaud, les molécules se refroidissent et se compressent. Cet air plus frais et plus lourd est ensuite entraîné par gravité, où il se réchauffe et recommence le cycle.
Les courants océaniques sont également créés en raison de la convection naturelle, combinée aux changements de vent et de la densité de l’eau salée. Les vents froids passant au-dessus de la surface de l’eau provoquent la compression des molécules et leur descente vers le fond de l’océan. Au fur et à mesure que l’eau se rapproche de l’équateur, elle se réchauffe et monte à nouveau. Cela crée des courants océaniques massifs qui s’écoulent le long des côtes continentales et affectent le temps sur les régions terrestres environnantes.
En règle générale, un élément important de la convection naturelle est la loi de refroidissement de Newton. Cette loi scientifique stipule que la vitesse à laquelle une substance perd de la chaleur est directement liée à la température de l’objet agissant sur elle. En d’autres termes, plus l’objet est froid, plus le fluide perd de la chaleur. Un exemple de cette loi en action est l’effet de l’ajout de glaçons à une boisson – un cube n’enlèvera qu’une petite partie de la chaleur, mais une poignée refroidira la boisson beaucoup plus rapidement.