LIENS DE PARENTE ET DONNEES MOLECULAIRES
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I- TP 1 TRANSFERT DE L’ENERGIE THERMIQUE AU NIVEAU DE LA TERRE et GEOTHERMIE Mode de transfert de l’énergie interne de la Terre : Mise en situation et recherche à mener On constate un flux géothermique en surface de la Terre. Le flux moyen est de 87 mW.m-2. Ce flux prouve qu’il existe une production d’énergie thermique en profondeur et un transfert de celle-ci vers la surface. On cherche à mettre en évidence le mode de transfert de l’énergie thermique produite en profondeur. Ressources Doc.3 p.245 Ceau est la capacité thermique massique de l’eau, entre O°C et 100°C : Ceau= 4180 J. kg-1. °C-1 Matériel -Bécher haut -Deux thermomètres -Thermoplongeur - logiciel Excel -fiche technique Excel Exigences Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème 1) Emettre deux hypothèses concernant le mode de transfert d’énergie vers la surface terrestre. 2) Proposer un protocole expérimental permettant de modéliser ces 2 processus de transfert thermique. -Mises en relation des informations et des connaissances pour proposer un protocole Appeler le professeur pour vérifier votre proposition expérimental. Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables 3) Réaliser des mesures de température à l’opposé du thermoplongeur, en fonction du temps et noter vos valeurs dans un fichier Excel: mesures à faire toutes les 30 secondes jusqu’à ébullition de l’eau. Volume d’eau = 900mL En fin d’expérience, noter la valeur de la température au niveau du thermoplongeur. Appeler le professeur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide. Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer 4) En utilisant le logiciel Excel, tracer l'évolution de la température en fonction du temps dans l'un et l'autre des systèmes. 5) Calculer le gradient thermique entre la surface et le fond à la fin de chaque expérience (en°C/cm) 6) Calculer la quantité d’énergie Q transférée ( en kJ) lorsque la masse d’eau meau passe de la température Ti à la température Tf à l’aide de la formule suivante : Q= meaux Ceaux ( Tf –Ti ) Appeler le professeur pour vérification de votre production. - Utilisation logique et maîtrisée du matériel - Résultats cohérents obtenus, -Résultats reportés dans un tableau de données. (Excel) - utilisation maîtrisée du logiciel et des fonctions graphiques ; - Graphique nuage de points avec courbes droites et marqueurs - Mettre titre et légendes du graphique (2 courbes sur le même) -les équations sont affichées. - calculs corrects, résultats significatifs. Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème -Mise en relation des informations tirées des 7) Indiquer le mode de transfert d’énergie thermique le plus efficace. 8) A partir du document 1, préciser le mode de transfert de l’énergie thermique vers la surface terrestre documents, et des graphiques. - Calculs et comparaison du gradient géothermique en le reliant à la nature physique des roches constituant les différentes enveloppes terrestres. des différentes enveloppes terrestres. II- Exploitation géothermique et contexte géodynamique : Mise en situation et recherche à mener Les besoins énergétiques de la population mondiale sont croissants et sont couverts aujourd’hui pour une grande part par les combustibles fossiles (charbon, gaz, pétrole). Ces ressources sont en quantité finies et ne sont pas renouvelables. Le flux géothermique terrestre présente des variations à l’échelle de la planète. Bien que variable, cette énergie d’origine profonde pourrait constituer une alternative à l’énergie fossile. On cherche à déterminer les contextes géologiques propices à l’implantation de centrales géothermiques. Ressources *Géothermie= science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre et les techniques qui visent à les exploiter. * Géotherme= courbe décrivant les variations de la température en fonction de la profondeur dans le globe terrestre. Gradient géothermique continental moyen => l’augmentation de la température avec la profondeur est en moyenne de 30°C par Km. Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème 1) Proposer une méthode d’étude permettant de déterminer les régions favorables pour l’exploitation de la géothermie par l’Homme. Appeler le professeur pour vérifier votre proposition Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables 2) Utiliser le logiciel Excel pour tracer le géotherme* moyen de la croûte continentale pour une profondeur de 10 Km. Mise en garde : contrairement à la définition mathématique de la fonction, pour des raisons de présentation et de modélisation de l’intérieur du globe, l’axe des ordonnées représente la profondeur et il est dirigé vers le bas ; l’axe des abscisses représente la température. 3) Placer sur ce graphique les différents lieux présentés et soulignés dans le document 2. Appeler le professeur pour vérifier les résultats et éventuellement obtenir une aide. Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer 4) Compléter le tableau fourni en utilisant les documents proposés. Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème 5) Préciser dans quels contextes géodynamiques, la géothermie peut représenter une ressource énergétique exploitable par l‘Homme. Matériel - logiciel Excel -fiche technique Excel Exigences - mises en relation des informations et des connaissances pour formuler une hypothèse - les variables sont repérées - utilisation maîtrisée du logiciel et des fonctions graphiques ; - Graphique nuage de points avec courbes droites et marqueurs - Tableau de données correctement réalisé - Courbe légendée et titrée - Différents sites correctement placés et légendés. - Mise en relation du contexte géologique, du flux géothermique et de l’intérêt de l’exploitation locale de la géothermie pour chaque site -Mise en relation des informations tirées des documents, et des graphiques. Document 2 – Mesure de la température en fonction de la profondeur en différents points du globe DOCUMENT 3 : le cas de l’Islande L’Islande est une ile située au milieu de l’océan Atlantique Nord. L’émission d’une quantité considérable de lave a abouti à son émersion il y a 20 millions d’années. Elle est connue pour ses sources chaudes, ses coulées basaltiques, ses éruptions volcaniques dont certaines sous des glaciers. Les Islandais utilisent ces ressources naturelles comme sources d’énergie. C’est ainsi que la géothermie est devenue le principal mode de production d’électricité de l’Islande. Document A : Flux de chaleur à la surface du globe Document B: flux géothermique en fonction de l’âge de la lithosphère océanique. Source : http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/Images/flux-de-chaleur/flux-de-chaleur-fig02.gif/view Document C : Images de tomographie sismique au niveau de l’Islande Source : Source : H.Bijwaard et W.Spackman EPSL, vol. 166 pp. 121-26, 1999. Dans : http://planet-terre.enslyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOMislande.xml La tomographie sismique est une méthode de géophysique qui permet de visualiser par le biais d’un code couleur la vitesse de propagation des ondes sismiques à l’intérieur du globe. Les couleurs rouges correspondent à un ralentissement des ondes sismiques et les couleurs bleues à une accélération de ces ondes. L’accélération des ondes (en bleu) peut s’expliquer lorsque ces dernières traversent un matériau plus cassant donc froid, tandis que le ralentissement de ces ondes (en rouge) se traduit le passage dans un matériau plus ductile donc chaud. DOCUMENT 3 : le cas de la centrale géothermique de Soultz-sous-forêt en Alsace Document A : Carte des flux de chaleur en France. Le flux de chaleur est exprimé en mW.m-2 http://sigminesfrance.brgm.fr/images/geophy/flux/Heat%20flow-France-F9.jpg Document B : Carte des profondeurs du moho dans l’Est de la France Source : Géologie et géodynamique de la France J.Dercourt Ed. DUNOD Document C : Coupe W-E du fossé rhénan au niveau de Saverne matérialisée sur le Document B DOCUMENT 3 : la centrale géothermique de Bouillante Guadeloupe Document A : Carte géologique de Guadeloupe Sainte Anne au 1/50 000 Source : www.infoterre.fr (carte géologique Guadeloupe Sainte Anne au 1/50 000) Document B : Carte de profondeur des fonds océaniques dans l’arc des Antilles. Source : Document modifié d’après images satellites et logiciel Google Earth Légendes : Mouvement des plaques Limite de plaque, la pointe du triangle indique la plaque qui chevauche Chapelet d’iles volcaniques Document C : Modèle de répartition des isothermes en profondeur au niveau d’une zone de subduction Source : http://artic.acbesancon.fr/svt/act_ped/svt_lyc/eva_bac/sbac2010/bac2010-nc.htm
