LIENS DE PARENTE ET DONNEES MOLECULAIRES

TP 1 TRANSFERT DE L’ENERGIE THERMIQUE AU NIVEAU DE LA TERRE et GEOTHERMIE
I- 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 - logiciel Excel
-Deux thermomètres -fiche technique Excel
-Thermoplongeur
Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème
Exigences
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.
Appeler le professeur pour vérifier votre proposition
-Mises en relation des informations et des
connaissances pour proposer un protocole
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.
- Utilisation logique et maîtrisée du matériel
- Résultats cohérents obtenus,
-Résultats reportés dans un tableau de
données. (Excel)
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 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
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
en le reliant à la nature physique des roches constituant les différentes enveloppes terrestres.
-Mise en relation des informations tirées des
documents, et des graphiques.
- Calculs et comparaison du gradient géothermique
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.
Matériel
- logiciel Excel
-fiche technique Excel
Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation-problème
Exigences
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
- mises en relation des informations et des
connaissances pour formuler une hypothèse
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.
- 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.
Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer
4) Compléter le tableau fourni en utilisant les documents proposés.
- Mise en relation du contexte géologique, du
flux géothermique et de l’intérêt de
l’exploitation locale de la géothermie pour
chaque site
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.
-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.ens-
lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-
islande.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 Document C : Coupe W-E du fossé rhénan au niveau
Source : Géologie et géodynamique de la France J.Dercourt Ed. DUNOD de Saverne matérialisée sur le Document B