Le processus de convection est le principal moyen de transfert de chaleur dans un fluide exposé à une source de chaleur. Habituellement, le fluide, qui peut être un liquide ou un gaz, est chauffé par le bas par une surface chaude ; l’augmentation de la température entraîne une diminution de la densité, faisant monter le fluide et du fluide plus froid s’écouler vers l’intérieur pour le remplacer. Au fur et à mesure qu’il s’élève, il perd de la chaleur dans son environnement, devenant plus dense et plus lourd que le fluide en dessous. Il ne peut pas descendre à travers ce fluide ascendant, il se propage donc horizontalement avant de retomber vers la surface et d’être entraîné vers son point de départ par le fluide ascendant. Ce système est connu sous le nom de cellule de convection et est une caractéristique de la dynamique des fluides qui peut être observée dans diverses situations, de l’eau chauffée dans un pot aux processus à l’échelle planétaire ou stellaire.
L’atmosphère terrestre présente des cellules de convection à grande échelle : les régions équatoriales reçoivent plus de chaleur du soleil que les pôles, faisant monter l’air chaud puis s’écouler vers des latitudes plus élevées, où il descend pour refluer vers l’équateur, formant une énorme cellule de convection de chaque côté. Celles-ci sont connues sous le nom de cellules de Hadley. La vapeur d’eau dans l’air ascendant se condense à mesure que l’air se refroidit à des altitudes plus élevées et peut former des cumulonimbus imposants qui produisent des orages. L’air descend généralement d’environ 30 degrés au nord et au sud de l’équateur, date à laquelle il a perdu la plus grande partie de son humidité ; en conséquence, ces régions sont généralement arides et contiennent certains des plus grands déserts du monde. Le mouvement ultérieur de l’air vers l’équateur est responsable des alizés.
La chaleur du noyau terrestre maintient la circulation des roches chaudes et fluides dans le manteau supérieur, formant des cellules de convection sous la croûte. Le mouvement résultant de la roche fondue ou semi-fondue entraîne le processus connu sous le nom de tectonique des plaques qui est responsable de la division de la croûte en plaques continentales qui se déplacent les unes par rapport aux autres. Ce phénomène est responsable des tremblements de terre et de l’activité volcanique. Des zones de la surface de la Terre situées directement au-dessus d’une cellule de convection peuvent se séparer et se séparer, formant de nouvelles plaques, comme dans la vallée du Rift en Afrique. Une plaque existante, propulsée par les courants de convection ci-dessous, peut pousser dans une autre plaque, créant des chaînes de montagnes telles que l’Himalaya.
Des cellules de convection existent également au soleil. Les images de la surface du soleil révèlent une structure granuleuse constituée de zones lumineuses et chaudes entourées de limites plus sombres et plus froides. Chaque granule indique le sommet d’une cellule de convection formée par un plasma qui est chauffé par le bas et remonte à la surface, se refroidissant puis s’étalant et redescendant à la limite.