Quelques notions du cours de Terminale S
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Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
La Terre est une machine thermique. Elle puise son énergie de différentes sources parmi lesquelles la radioactivité des roches du manteau et de la croute.
Nous verrons dans cette partie l'origine de l'énergie terrestre, puis son transfert jusqu'en surface.
Nous nous intéresserons aussi aux notions de gradients géothermiques et de flux géothermiques, notamment à partir de quelques exemples français.
Nous verrons enfin la notion de géothermie à l'echelle mondiale à partir du contexte géodynamique.
TP géothermie en France métropolitaine
1. La Terre libère une énergie thermique
A. Flux et gradients géothermiques:
- Gradient géothermique: augmentation de la T en fonction de la profondeur. Ce gradient est en moyenne de 31°C/km en France (110°C/km dans le 1er km en Alsace, mais 12°C/km dans la région de Rennes.
Le gradient géothermique dépend de plusieurs paramètres:
Þ la composition chimique des roches (proportion en éléments radioactifs),l
Þ le contexte géodynamique,
Þ la convection si présence d’eau.
Þ la variation de conductivité thermique (capacité à transférer la chaleur par conduction thermique) des couches sédimentaires.
- Le flux géothermique: Quantité d'énergie évacuée par la Terre, exprimée par unité de surface et par unité de temps.
Le flux moyen est de 65mW.m-2 à la surface des continents et de 101mW.m-2 à la surface du plancher des océans soit 87mW.m-2 pour l'ensemble du globe.
Le flux thermique en un point donné est obtenu en multipliant la conductivité thermique et le gradient thermique. Il dépend de la radioactivité des roches et du refroidissement de la chaleur initiale de la terre par cristallisation du noyau terrestre.
B. Le flux géothermique à l’échelle du globe et son origine
Documents du livre pages 242 et 243 + documents
Le flux géothermique varie à la surface de la Terre:
- Il est élevé au niveau des dorsales: zone de création de lithosphère océanique, remontée de l’asthénosphère vers la surface. L’isotherme 1300 °C est proche.
- Il est modulé au niveau des zones de subduction: le flux est faible au niveau de la zone de plongement de la lithosphère océanique (anomalie négative de température) et positive à l’aplomb de l’arc volcanique (anomalie positive de température).
Les contextes géodynamiques associés à un fort flux géothermiques sont donc les zones de dorsales, les points chauds (yellow stones aux USA), les arcs de subduction et les rifts.
Le prélèvement de l’énergie géothermique par l’Homme ne représente qu’une infime partie de l’énergie dissipée.
L’énergie libérée par la Terre provient de la désintégration d’éléments radioactifs contenus dans les différentes enveloppes terrestre, essentiellement le manteau. Ce phénomène est à la base de création et transfert de chaleur dissipée vers la surface.
C. Le flux géothermique à l’échelle de la France et son utilsation par l’Homme
TP géothermie
Docs pages 240 et 241 puis 248 et 249.
Compléments documents professeur
En France, certaines zones présentent un flux géothermique plus important que d’autres: les régions volcaniques d’Auvergne, les bassins sédimentaires, les fossés d’effondrements comme le rift alsacien…
L’énergie libérée par la Terre réchauffe les roches et les fluides qui y circulent. L’Homme extrait ces fluides pour utiliser cette énergie.
Les bassins sédimentaires présentent fréquemment des nappes aquifères où l’eau peut circuler entre deux niveaux imperméables. Ces niveaux doivent être perméables (sables ou calcaires). L’eau y atteint généralement des T de l’ordre d’une trentaine de degrés. Il s’agit d’une géothermie très basse énergie, essentiellement utilisée pour les chauffages collectifs ou individuels domestiques.
Pour des zones volcaniques ou de rifting, les flux sont plus importants et permettent une géothermie basse énergie voire moyenne à haute énergie (cf TP + bilans du livre p 251).
2. Transferts et dissipation de l’énergie terrestre
TP + docs p 244 à 247
On distingue deux modèles de transferts d’énergie au sein du globe:
- par conduction d’une zone à une autre, sans transfert de matière (cf doc 4 p 245).
- par convection: transfert de chaleur associé à un mouvement de matière (doc 4 p 245).
Dans le manteau terrestre, le matériel chauffé devient moins dense et s’élève à travers le manteau vers la surface terrestre.
Au niveau de la lithosphère, l’essentiel du transfert se fait par conduction à travers les roches plus rigides. La convection est plus efficace que la conduction. L’efficacité de la conduction dépend des caractéristiques des roches rencontrées.
