1. INTRODUCTION

La convection est un phénomène familier: elle se traduit par exemple par le miroitement de l’air chaud au-dessus d’une route goudronnée, les courants océaniques, la circulation atmosphérique.

Prenons en particulier l’exemple d’une casserole sur une plaque chauffante: la chaleur reçue de la plaque élève la température de l’eau au fond de la casserole. Au début, la chaleur se propage vers le haut par conduction, c’est-à-dire qu’elle diffuse, dans le fluide immobile, à partir d’un élément du fluide vers les éléments voisins, et s’évacue finalement à la surface.

Si l’on continue à chauffer, il arrive un moment où la conduction ne suffit plus à évacuer la chaleur et où un mécanisme plus efficace entre en jeu (la détermination de ce moment est le but de notre projet). Au lieu de se propager dans le fluide immobile, la chaleur est transportée par le fluide en mouvement: c’est la convection. L’eau du fond de la casserole se dilate sous l’action de la chaleur, elle devient moins dense et subit une poussée d’Archimède. Elle monte, emportant avec elle sa chaleur, jusqu’à la surface où elle cède sa chaleur à l’air, se refroidit et retombe au fond. Là, elle se réchauffe à nouveau, remonte, et ainsi de suite. Les ascendances de fluide chaud sont évidemment séparées des régions où le fluide froid redescend: la circulation du fluide s’organise en " cellules de convection ".

Durant le 19^e siècle, seuls quelques compte rendus anecdotiques, hormis ceux concernant certains mécanismes convectifs de la circulation atmosphérique, ont été publiés sur ce sujet.

C’est seulement aux alentours de 1900 que des recherches furent entreprises sur la convection naturelle. En 1916, Lord Rayleigh qui fut le théoricien de la convection au début 20^e siècle, publia un article tentant d’expliquer les résultats de Bénard.

Henri Bénard avait observé qu’une couche horizontale de fluide, soumise au champ de la pesanteur et chauffée par le bas donne naissance à des mouvements de convection, dès qu’il existe une certaine différence de température entre le haut et le bas de la couche de fluide.

On sait aujourd’hui que la théorie de Rayleigh ne s’applique pas à l’expérience de Bénard où la tension superficielle du fluide jouait un rôle déterminant, néanmoins l’œuvre de Lord Rayleigh est le point de départ de la plupart des théories modernes de la convection.

Le problème appelé, aujourd’hui, de Rayleigh-Bénard concerne la stabilité et le mouvement d’un fluide, confiné entre deux plaques horizontales, maintenues à des températures uniformes distinctes et soumis au champ de gravitation.

De nombreux travaux ont été récemment menés afin d’étudier la mise en place des cellules de convection et les géométries qu’elles forment dans l’espace.

Le but de notre projet est plus simplement d’étudier la faisabilité d’un T.P. permettant de déterminer les seuils de convection en gradient de température pour la convection de Rayleigh-Bénard dans l’air.