les propriétés thermiques de la Terre

chap: les propriétés thermiques de la Terre
L'énergie solaire réchauffe la surface de la Terre depuis l'espace. Il
existe parallèlement une énergie interne, produite au cœur de la
planète, et se dirigeant vers la surface: c'est le flux thermique.
Pb: quelle est l'origine de ce flux de chaleur ? comment se
propage-t-il ? comment l'exploiter ?
I. L'exploitation du potentiel géothermique
Exercice: Bouillante
Le potentiel géothermique peut être exploité dans divers contextes géologiques
 Zones de subduction (Bouillante): l'eau s'infiltre dans les failles et se réchauffe grâce au magma
andésitique
 Zones de points chauds (Islande)
 Zones de divergence - rifting (Alsace): la remontée de l'asthénosphère amène près de la surface des
matériaux chauds
Il s'agit de zones à contexte favorable, dans lesquelles la présence d'un magma augmente encore le
potentiel. Toutefois, des zones géologiquement stables peuvent être exploitées. Ainsi, les cratons, vieux
socles granitiques très rigides, peuvent aussi être exploités.
La production d’électricité d’origine géothermique dans le monde
On distingue 3 types de géothermie:
 La géothermie très basse énergie exploite des eaux à moins de 30°, ou directement l'énergie contenue
dans les roches. (système lié à une pompe à chaleur)
 La géothermie basse énergie utilise de l'eau entre 30 et 100°
 La géothermie haute énergie utilise de l'eau ou de la vapeur à plus de 100°, jusqu'à 250°. Elle permet
de produire de l'électricité.
Principe de fonctionnement de la centrale de Soultz-sous-Forêts
Pb: comment cette énergie que l'on récupère peut-elle parvenir près de la surface ? Quelle est son origine?
II. L'origine du flux thermique
La principale source d'énergie est la désintégration des éléments radioactifs contenus dans les roches (U,
Th, et K principalement)
La teneur en éléments radioactifs est plus importante dans les croûtes, mais le volume important du
manteau en fait la principale source d'énergie.
Masse (kg)
Libération d’énergie (W)
Pourcentage de la contribution
Croûte continentale
1,38.1022
5,6.1012
24,4
Croûte océanique
6,9.1021
1,2. 1012
5,2
Manteau
3,7.1024
16,1. 1012
70,3
Noyau
2,32.1024
1,6. 1010
0,1
Part des différentes enveloppes dans la production de chaleur
Il existe aussi d'autres sources de chaleur, moins
importantes:
• la chaleur initiale : c'est le refroidissement des
matériaux terrestres profonds qui libèrent ainsi
l’énergie accumulée pendant l’accrétion du globe.
• la chaleur de différenciation : c'est l'énergie
libérée par le changement d’état des matériaux
terrestres profonds, au niveau du noyau (les
mécanismes de cristallisation du noyau externe
liquide en solide)
radioactivité
chaleur initiale
chaleur de différenciation
12%
31%
57%
Part des différentes sources de chaleur dans le flux
géothermique
II. Le transfert de l'énergie thermique
1- La mesure de l'énergie thermique
L'objectif de la géothermie est de récupérer la chaleur profonde. On peut donc définir le géotherme: c'est
la courbe représentant la variation de température en fonction de la profondeur.
Le géotherme terrestre
On observe au niveau de la France de grosses disparités
au niveau des températures en profondeur.
On peut ainsi définir le gradient géothermique, qui est
égal à la différence de température entre 2 points divisée
par la différence de profondeur entre ces deux points. Il
s'exprime en °/100m ou en °/km.
Le gradient géothermique moyen est de 30°/km dans les
croûtes continentales anciennes, mais il peut monter à
100°/km en zone de subduction, et baisser à 10°/km au
cœur des cratons.
Si le gradient géothermique varie, c'est que la quantité de
chaleur provenant de la terre varie aussi. On définit le
flux géothermique comme la quantité de chaleur
parvenant à la surface par unité de temps. Il s'exprime en
W/m² (ou J/s/m²).
Carte du flux géothermique en France
Ce flux est en moyenne de 80 w/m², un peu moins sous
les continents, un peu plus sous les océans
On peut constater que le flux géothermique est
nettement supérieur à la moyenne au niveau des
dorsales, et nettement inférieur au niveau des zones de
subduction. ceci s'explique par les remontées de
matériaux chauds dans le premier cas, et le plongement
de la plaque froide dans le second cas.
Carte du flux géothermique mondial
2- Les modalités de transfert de l'énergie thermique
Voir TP: modalités du transfert de chaleur
Le transfert de l'énergie thermique dans la Terre peut s'effectuer de deux façons:
 La conduction qui est un transfert de chaleur sans mouvement de matière
 La convection qui est un transfert de chaleur avec mouvement de matière
Le transfert par convection est beaucoup plus efficace, et est à l'origine d'un gradient géothermique faible,
comme dans le manteau
Le transfert par conduction entraîne un gradient géothermique fort. C'est le cas dans la lithosphère.
Conclusion:
La Terre est une machine thermique. L'énergie géothermique, utilisable par l'Homme est variable d'un
endroit à l'autre.
Le prélèvement éventuel d'énergie par l'Homme ne représente qu'un infime part de ce qui est dissipé.