2.1 Les processus physiques d’échange de chaleur

2.1 Les processus physiques d’échange de chaleur

Trois processus physiques permettent l’échange de chaleur :

  • Le rayonnement : la chaleur émise dépend (pour les corps noirs) de la température du corps exposant quatre, selon la loi de Boltzmann : equation Boltzmann (avec σ : constante de Boltzmann). Ce processus d’échange de chaleur n’agit que dans les milieux laissant passer la lumière, ce qui n’est pas le cas des enveloppes silicatées de la Terre.
  • La convection : c’est un processus d’échange de chaleur par déplacement de matière sous l’effet d’un changement de masse volumique d’origine thermique. Ces déplacements ne sont possibles que si la dilatation thermique du milieu est élevée, le gradient de température est fort, et la viscosité et la diffusivité thermique du milieu sont limitées. Ainsi, pour qu’une convection puisse être mise en place, on admet généralement qu’il est nécessaire que leur nombre de Rayleigh soit supérieur à 2000.
    Ce nombre sans dimension s’écrit avec :
    • α : coefficient de dilatation thermique
    • ΔT : différence de température
    • g : gravité
    • d : dimension caractéristique du système
    • ν : viscosité cinématique
    • K : diffusivité thermique
  • La conduction : c’est un processus de diffusion où les molécules transmettent leur énergie cinétique (vibrations) à d'autres molécules par collision entre elles. La chaleur est conduite dans un milieu en réponse à une variation spatiale de la température. La relation de base qui décrit le transport de chaleur par conduction est la loi de Fourier décrite précédemment. Ce processus agit indépendamment de la viscosité du milieu ou de sa transparence.

Les géophysiciens s’accordent sur le fait qu’à l’exception des transferts hydrothermaux de fluides, l’essentiel des transferts de chaleur dans la lithosphère ont lieu par conduction. Dans l’asthénosphère et dans le noyau externe, les nombres de Rayleigh élevés font penser que la convection est le mécanisme dominant.