FA2 : correction II/ Origine du flux thermique et transfert d`énergie 1

FA2!: correction
II/ Origine du flux thermique et transfert d’énergie
1. Origine du flux thermique
Une partie de la chaleur de la
Terre est une relique de sa
formation, il y a 4,55 milliards
d'années.
Pour donner naissance à la
Terre, des poussières, des gaz,
des roches flottant dans la
banlieue du tout jeune soleil se
sont assemblées par accrétion.
Au centre, dans le noyau, une
énergie considérable s'est
accumulée dans la masse. Elle
correspond à l'énergie
potentielle issue de la
condensation de la planète
Pourtant, la chaleur dégagée par notre globe n'a pas pour principal responsable le refroidissement de
son noyau, mais la désintégration des éléments radioactifs présents dans ses roches : uranium, thorium,
potassium, etc. 90% de l'énergie dissipée provient en effet de ce mécanisme. La chaleur émise par la
fission varie avec la composition chimique des roches!: elle est environ trois fois plus élevée, par
exemple, pour les granites que pour les basaltes.
Elle varie aussi selon l'âge des roches, raison pour laquelle les gradients géothermiques sont plus
élevés dans les plates-formes jeunes, comme en France et en Europe du Sud, que dans les socles anciens,
comme en Scandinavie.
De par son volume, le manteau constitue la plus grande source d'éléments radioactifs, bien que leur
concentration y soit inférieure à celle de la croûte.
La plus grande partie de la chaleur interne de la Terre (75 %) provient de la désintégration naturelle des
isotopes radioactifs de certains éléments chimiques dont sont formées les roches.
Du fait de leurs différences de composition, les roches des différentes enveloppes de la Terre ne
contribuent pas de manière équivalente à la libération de chaleur par radioactivité.
C’est le manteau qui participe essentiellement à la production de cette chaleur.
Comment la chaleur est-elle transférée vers la surface!?

2. Transferts d’énergie.
a) Les modes de transfert d’énergie dans un milieu (doc 3/4 page 245)
Expériences!:
Conduction
Convection
L'énergie géothermique peut être transférée selon deux modes!:
-Par conduction, c’est un transfert de chaleur de proche en proche sans mouvement de matière, comme
on l'observe dans un fluide chauffé par son sommet.
L’efficacité de ce transfert dépend du gradient géothermique (différence de température) et de la
conductivité thermique des roches.
- Par convection, correspond à un transfert de chaleur impliquant des mouvements de matière, comme
on peut l'observer dans un fluide chauffé par sa base.
Les mouvements sont initiés par des différences de densité, contrôlés entre autres par la température.
La matière chaude, moins dense que la matière froide, est animée de mouvements ascendants. En surface,
elle s'étale latéralement et se refroidit. Devenue plus lourde, elle redescend et plonge en profondeur.
Ces échanges de matière ont été identifiés par tomographie sismique (voir 1S) et ont mis en évidence des
flux de matière circulaires formant des cellules de convection. La convection est donc un moyen très
efficace pour véhiculer l'énergie thermique.
Sonde 1
Sonde 2

b) Transfert d’énergie et dynamique interne du globe.
- Le géotherme du globe (doc 1/2 page 246)!: Au sein de la planète, le géotherme fait apparaître des
gradients géothermiques différents en fonction de la profondeur
Les phénomènes de convection et de
conduction permettent de diffuser la chaleur
interne vers l’extérieur.
- Dans la lithosphère, elle est transmise par
conduction : cela se traduit par un fort gradient
géothermique de 10 à 20°C par Km de descente.
La température à la surface est de 15°C alors
que celle à la base de la lithosphère est de
1300°C.
- Dans le manteau, l’énergie thermique est
transmise par convection : Le gradient
thermique du manteau est faible, avec en
moyenne 1°C par Km de descente. On estime
de manière encore peu précise la température
du noyau à 5000°C.
On note la nette augmentation au niveau de la
couche de transition D’’, à la limite manteau/noyau.
-

1 : Un apport de chaleur ( ici en provenance du
noyau par conduction) fait qu’un volume de
matière profonde se trouve plus chaud , donc par
dilatation, moins dense que son environnement.
2 : Ce volume remonte sous l’effet de la poussée
d’Archimède.
La remontée s’effectue presque adiabatique sans
échange de chaleur avec l’environnement.
En effet, la convection ne se met en place que dans
des conditions où la conduction est peu efficace.
La différence de température, donc de densité du
volume de matière avec son environnement,
s’accentue. La remontée est ainsi de plus en plus
efficace.
3/4 : Le volume de matière arrive dans une zone où
la remontée par convection devient mécaniquement
impossible (couche limite). (Lithosphère rigide)
Il se déplace latéralement. Au cours de sa migration
latérale (advection), il cède par conduction la
chaleur emmagasinée.
5/6 : Devenu plus froid, donc plus dense que son environnement, le volume retombe par des mécanismes
symétriques des précédents.
Parvenu à la couche limite inférieure, il migre latéralement (couche D’’)et se réchauffe par conduction.
c) Vers un modèle global!: (Doc page 247)

Tomographique au niveau d’un point chaud.
Ainsi, l’activité thermique de la Terre s’inscrit dans le processus de tectonique des plaques. Les
conséquences de cette activité interne se manifestent en surface par :
- La production de lithosphère au niveau des remontées de matière dans les zones d’accrétion océanique
(dorsales), au niveau des points chauds (remontées de manteau profond)
- La disparition de plaques lithosphériques couplées aux zones de subduction « froides »
- Le couplage entre le mouvement des plaques et les mouvements de convection du manteau sous-jacent.
La chaleur terrestre se dissipe très progressivement grâce aux mécanismes de convection et de
conduction. Elle est basée sur la désintégration d’atomes radioactifs dont l’activité perdurera encore
plusieurs centaines de millions d’années (renouvelable à l’échelle humaine).
Panache
mantellique
profond.