Convection de double diffusion

La convection de double diffusion est un phénomène de dynamique des fluides décrivant une forme de convection entraînée par deux gradients de densité différents ayant des taux de diffusion différents[2].

Les résultats des simulations informatique de Singh et Srinivasan[1] montrent des champs de concentration à différents nombres de Rayleigh pour une valeur fixe de Rρ = 6. Les paramètres sont : (a) Ra T = 7 × 108, t = 1,12 × 10−2 ; (b) RaT = 3,5 × 108, t = 1,12 × 10 −2 ; (c) RaT = 7 × 106, t = 1,31 × 10-2 ; (d) RaT = 7 × 10 5, t = 3,69 × 10 -2. On voit sur la figure que les nombres de « doigts » et leur largeur sont fonction des nombres de Rayleigh.

Mécanisme

La convection dans les fluides est entraînée par des variations de densité en leur sein sous l'influence de la gravité. Ces variations de densité peuvent être provoquées par des gradients dans la composition du fluide, ou par des différences de température (par dilatation thermique). Ces gradients peuvent se diffuser avec le temps, réduisant leur capacité à entraîner la convection et exigeant que des gradients dans d'autres régions de l'écoulement existent pour que la convection se poursuive[3],[4]. Un exemple courant de convection de double diffusion est en océanographie, où les concentrations d'énergie thermique et de sel existent avec différents gradients et diffusent à des vitesses différentes[5]. Un effet qui affecte ces deux variables est l'apport d'eau douce froide d'un iceberg.

Application

La convection de double diffusion est importante pour comprendre l'évolution d'un certain nombre de systèmes qui ont de multiples causes de variations de densité. Ceux-ci incluent la convection dans les océans terrestre, dans les chambres magmatiques[6] ou dans le Soleil (où l'énergie thermique et l'hélium se diffusent à des taux différents). Les sédiments peuvent également être considérés comme ayant un taux de diffusion brownien lent par rapport au sel ou à la chaleur, de sorte que la convection de double diffusion est considérée comme importante sous les rivières chargées de sédiments dans les lacs et les océans[7],[8].

Ce mécanisme joue également un rôle important dans l'apparition du Salt fingering (en), c'est-à-dire la remontée des nutriments et le transport vertical de chaleur et de sel dans les océans[9],[5],[10]. Ces "salt fingers" contribuent au mélange vertical dans les océans, jouant un rôle dans le contrôle du climat et alimantant la flore et la faune[5].

Le phénomène est également étudié en géologie[11], en astrophysique et en métallurgie[12].

Voir aussi

Références
  1. Singh et Srinivasan, « Effect of Rayleigh numbers on the evolution of double-diffusive salt fingers », Physics of Fluids, vol. 26, no 62104,‎ , p. 062104 (DOI 10.1063/1.4882264, Bibcode 2014PhFl...26f2104S)
  2. Mojtabi, A. et Charrier-Mojtabi, M.-C., Handbook of porous media, New York, Dekker, , 928 p. (ISBN 978-0-8247-8886-5, lire en ligne), « 13. Double-Diffusive Convection in Porous Media »
  3. Ahmed MEZRHAB1, Mohammed JAMI, Denis LEMONNIER, « Modélisation de la convection de double diffusion en présence de rayonnement dans une cavité carrée », Laboratoire de Mécanique & Energétique, Département de Physique, Faculté des Sciences, Oujda, Maroc,‎ , p. 6 (lire en ligne)
  4. Siham MEFTAH, Denis LEMONNIER, Abderahmane BENBRIK, Ahmed MEZRHAB, « Etude numérique de la convection naturelle de double diffusion dans un mélange air-CO2 », Congrès Français de Thermique,‎ , p. 6 (lire en ligne)
  5. Oschilies, Dietze et Kahlerr, « Salt-finger driven enhancement of upper ocean nutrient supply », Geophys. Res. Lett., vol. 30, no 23,‎ , p. 2204–08 (DOI 10.1029/2003GL018552, Bibcode 2003GeoRL..30.2204O, lire en ligne)
  6. Huppert et Sparks, « Double-Diffusive Convection Due to Crystallization in Magmas », Annual Review of Earth and Planetary Sciences, vol. 12, no 1,‎ , p. 11–37 (DOI 10.1146/annurev.ea.12.050184.000303, Bibcode 1984AREPS..12...11H)
  7. Parsons, Bush et Syvitski, « Hyperpycnal plume formation from riverine outflows with small sediment concentrations », Sedimentology, vol. 48, no 2,‎ , p. 465–478 (ISSN 0037-0746, DOI 10.1046/j.1365-3091.2001.00384.x)
  8. Davarpanah Jazi et Wells, « Enhanced sedimentation beneath particle-laden flows in lakes and the ocean due to double-diffusive convection », Geophysical Research Letters, vol. 43, no 20,‎ , p. 10,883–10,890 (ISSN 0094-8276, DOI 10.1002/2016gl069547)
  9. Stern, Melvin E., « Collective instability of salt fingers », Journal of Fluid Mechanics, vol. 35, no 2,‎ , p. 209–218 (DOI 10.1017/S0022112069001066, Bibcode 1969JFM....35..209S)
  10. Schmitt, « The growth rate of supercritical salt fingers », Deep-Sea Research, vol. 26A, no 1,‎ , p. 23–40 (DOI 10.1016/0198-0149(79)90083-9, Bibcode 1979DSRA...26...23S)
  11. Singh, Ranjan et Srinivasan, « A Study of Basalt Fingers Using Experiments and Numerical Simulations in Double-diffusive Systems », Journal of Geography and Geology, vol. 3, no 1,‎ (DOI 10.5539/jgg.v3n1p42)
  12. Schmitt, « The characteristics of salt fingers in a variety of fluid systems, including stellar interiors, liquid metals, oceans and [magmas », Physics of Fluids, vol. 26, no 9,‎ , p. 2373–2377 (DOI 10.1063/1.864419, Bibcode 1983PhFl...26.2373S)

Liens externes
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