Dans le domaine de la dynamique des fluides, une cellule de convection est le phénomène qui se produit lorsque des différences de densité existent dans un corps de liquide ou de gaz. Ces différences de densité entraînent des courants ascendants et/ ou descendants, qui sont les caractéristiques clés d’une cellule de convection. Lorsqu’un volume de fluide est chauffé, il se dilate et devient moins dense et donc plus flottant que le fluide environnant. La partie plus froide et plus dense du fluide descend pour se déposer sous le fluide plus chaud et moins dense, ce qui provoque la montée du fluide plus chaud. Un tel mouvement est appelé convection, et le corps mobile du liquide est appelé cellule de convection. Ce type particulier de convection, où une couche horizontale de fluide est chauffée par le bas, est connu sous le nom de convection de Rayleigh–Bénard. La convection nécessite généralement un champ gravitationnel, mais dans les expériences de microgravité, la convection thermique a été observée sans effets gravitationnels.
Les fluides sont généralisés comme des matériaux qui présentent la propriété d’écoulement; cependant, ce comportement n’est pas unique aux liquides. Les propriétés des fluides peuvent également être observées dans les gaz et même dans les solides particulaires (tels que le sable, le gravier et les objets plus gros lors des glissements de roches).
Une cellule de convection est la plus remarquable dans la formation des nuages avec sa libération et son transport d’énergie. Lorsque l’air se déplace le long du sol, il absorbe la chaleur, perd de la densité et remonte dans l’atmosphère. Lorsqu’il est forcé dans l’atmosphère, qui a une pression d’air plus faible, il ne peut pas contenir autant de liquide qu’à une altitude plus basse, il libère donc son air humide, produisant de la pluie. Dans ce processus, l’air chaud est refroidi; il gagne en densité et tombe vers la terre et la cellule répète le cycle.
Les cellules de convection peuvent se former dans n’importe quel fluide, y compris l’atmosphère terrestre (où elles sont appelées cellules de Hadley), l’eau bouillante, la soupe (où les cellules peuvent être identifiées par les particules qu’elles transportent, telles que les grains de riz), l’océan ou la surface du soleil. La taille des cellules de convection est largement déterminée par les propriétés du fluide. Des cellules de convection peuvent même se produire lorsque le chauffage d’un fluide est uniforme.