Par : Webmestre
Publié : 25 mai 2014
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Modélisation analogique de la convection mantellique

deux vidéos montrant un modèle analogique très simple à réaliser* et qui permet de faire comprendre que des mouvements peuvent apparaître dans un matériau dont la température est homogène et qui est refroidi par son sommet.
Gilles Pommies (lycée Galilée, Franqueville St Pierre).

MODELISATION ANALOGIQUE DE LA CONVECTION MANTELLIQUE
Gilles POMMIES Lycée Galilée Franqueville St Pierre

Dans le Thème 2 – A – Géothermie et propriétés thermiques de la Terre, un des objectifs est de montrer que la Terre est une « machine thermique » et d’associer cette production de chaleur aux mouvements des plaques lithosphériques.
Pour cela, on nous propose par exemple de « réaliser et exploiter une modélisation analogique de convection en employant éventuellement des matériaux de viscosité différente »…

Non seulement les modèles proposés dans les manuels sont parfois techniquement difficiles à réaliser, mais comme nous l’a expliqué Pierre Thomas, ils ont souvent un défaut majeur : on y voit des mouvements de matière apparaître dans un fluide chauffé par la base.
Le mécanisme compris et retenu par les élèves est donc qu’il y a une montée active de matériaux depuis la base du manteau (L’idée que la fabrication de lithosphère au niveau des dorsales est le moteur de l’expansion océanique) et plongée passive des matériaux froids (L’idée que la subduction ne fait que compenser l’accrétion océanique).

Or, toujours d’après Pierre Thomas, l’idée à transmettre est au contraire que la plongée de matériaux froids est « active », la remontée de matériaux chauds « passive », le moteur de la divergence des plaques océaniques étant donc principalement la subduction.

Les deux vidéos proposées montrent un modèle analogique très simple à réaliser* et qui permet de faire comprendre que des mouvements peuvent apparaître dans un matériau dont la température est homogène et qui est refroidi par son sommet :
On observe que l’eau refroidie en surface « coule » vers le fond de l’aquarium et qu’il suffit de faire varier la vitesse du refroidissement pour contrôler ces mouvements. Le refroidissement en surface est donc le « moteur » des ces mouvements.
D’autre part, le niveau de l’eau dans l’aquarium restant constant, on est bien obligé d’admettre qu’il doit y avoir des mouvement d’eau ascendants, même si on ne les visualise pas.

Modélisation convection modèle 1
Modélisation convection modèle 2

Bien entendu ce modèle a lui aussi de nombreux défauts :
-  celui d’utiliser un liquide,
-  la température du manteau n’est pas homogène de sa base à son sommet,
-  il ne prend pas en compte l’existence des points chauds,
-  …

* La principale « difficulté » est de trouver la bonne distance entre l’aquarium et l’écran de projection pour visualiser l’ombre des masses d’eau en mouvement.
Lors de la réalisation de ces vidéos, cette distance était de l’ordre de 30 cm.

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