Mécanismes de transfert thermique

À l’échelle du globe, la lithosphère est le siège de phénomènes de conduction rendant compte du flux géothermique observé. La limite noyau-manteau libère aussi de l’énergie par conduction en direction du manteau.

Le géotherme dépend du mode de transfert thermique. Dans le cas de la conduction, la température augmente proportionnellement avec la profondeur. Mais le géotherme dépend aussi des propriétés conductrices et de la composition des roches. Les variations de géotherme observables à la surface de la planète sont donc directement liées aux différences de conductivité des roches.

La péridotite, roche constituant le manteau, présente une conductivité plus élevée (4,2 à 5,8 W.m^-1.K^-1) que le granite (2,5 à 3,8 W.m^-1.K^-1) et les roches de la croûte océanique, comme le gabbro et le basalte (1,7 à 2,5 W.m^-1.K^-1) ou les roches sédimentaires comme le calcaire (1,7 à 3,3 W.m^-1.K^-1).
Toutefois, les roches terrestres présentent des conductivités thermiques plutôt faibles (conductivité thermique de l’argent : 420 W.m^-1.K^-1, de l’eau : 6 W.m^-1.K^-1) qui limitent les transferts d’énergie et favorisent le stockage de la chaleur.
Comparé à une roche sédimentaire aura des propriétés bien plus isolantes qu'une roche magmatique comme la péridotite.

Le mouvement de convection est un phénomène facilement observable lorsqu'on chauffe de l'eau.
Si on chauffe un récipient rempli d’eau par sa base et qu'on suit l’évolution de la température de l’eau en bas et en haut du récipient, on constate que la température augmente de la même façon aux deux niveaux. Il y a donc un transfert de chaleur de la base vers la surface du volume d’eau.
Dans ce cas, l’eau chauffée à la base remonte à la surface où elle se refroidit en libérant la chaleur. Une fois refroidie, elle redescend à la base ; elle décrit ainsi un mouvement de convection.

C'est la couche inférieure du manteau qui va être animée de mouvements de convection permettant la remontée à la surface de l’énergie interne. Cette dynamique permet le mouvement des plaques lithosphériques.

Les dorsales océaniques sont le siège de la remontée de l’énergie interne par convection alors que les zones de subduction sont le siège de la descente de la matière refroidie. Ces mouvements sont visibles grâce à la tomographie sismique qui permet de distinguer les zones chaudes des zones froides à l’intérieur du globe.