cours geothermie

Thème2Chapitre1:lespropriétésthermiques
delaTerre,lagéothermie
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
dirigeantverslasurface:c'estlefluxthermique.
Pb: quelle est l'origine de ce flux de chaleur ?
commentsepropage-t-il?commentl'exploiter?
I.L'exploitationdupotentielgéothermique
Le potentiel géothermique peut être exploité dans
diverscontextesgéologiques
Ø Zones de subduction (Ex: Bouillante): l'eau
s'infiltre dans les failles et se réchauffe grâce au
magmaandésitique
Ø Zones de divergence - rifting (Alsace): la
remontée de l'asthénosphère amène près de
profond s’ajoute à la montée du manteau
asthénosphériqueàl’axedeladorsale.
Ø lesbassinsédimentaires:Ex
lasurfacedesmatériauxchauds
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,peuventaussiêtreexploités.
Ø Zonesdepointschauds:
Ø Zone de dorsale: Ex: L’Islande est une île
volcanique puisque située sur la dorsale
atlantique. C’est une région émergée de la
dorsale par suite d’une très forte activité
magmatique qui se traduit notamment par
une croûte 2 à 4 fois plus épaisse que la
croûteocéaniquenormale.Cetteproduction
magmatique considérable s’explique parce
que la montée d’un panache mantellique
Ondistingue3typesdegéothermie:
Ø Lagéothermietrèsbasseénergieexploitedes
eauxàmoinsde30°,oudirectementl'énergie
contenue dans les roches. (système lié à une
pompeàchaleur)
Ø La géothermie basse énergie utilise de l'eau
entre30et100°
Ø La géothermie haute énergie utilise de l'eau
oudelavapeuràplusde100°,jusqu'à250°.
Ellepermetdeproduiredel'électricité.
Laproductiond’électricitéd’origine
géothermiquedanslemonde
Ilexisteaussid'autressourcesdechaleur,moins
importantes:
•lachaleurinitiale:c'estlerefroidissementdes
matériaux terrestres profonds qui libèrent ainsi
l’énergieaccumuléependantl’accrétionduglobe.
• 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
liquideensolide)
Pb: comment cette énergie que l'on récupère
peut-elleparvenirprèsdelasurface?Quelleest
sonorigine?
II.L'originedufluxthermique:
• La principale source d'énergie est la
désintégrationdesélémentsradioactifscontenus
danslesroches(U,Th,etKprincipalement)
La teneur en éléments radioactifs est plus
importante dans les croûtes, mais le volume
importantdumanteauenfaitlaprincipalesource
d'énergie.
Masse
(kg)
Libératio
n
d’énergie
(W)
Pourcentag
edela
contribution
Croûte
continental
e
1,38.102
2
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
2,32.102
4
1,6.1010
0,1
radioacfvité
chaleurinifale
chaleurdedifférenciafon
12%
31%
57%
Partdesdifférentessourcesdechaleurdansle
fluxgéothermique
II.Letransfertdel'énergiethermique
1-Lamesuredel'énergiethermique
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.
Partdesdifférentesenveloppesdansla
productiondechaleur
Legéothermeterrestre
On observe au niveau de la France de grosses
disparités au niveau des températures en
profondeur.
On peut ainsi définir le gradient géothermique,
quiestégalàladifférencedetempératureentre
2 points divisée par la différence de profondeur
entrecesdeuxpoints.Ils'exprimeen°/100mou
en°/km.
Legradientgéothermiquemoyenestde30°/km
dans les croûtes continentales anciennes, mais il
peutmonterà100°/kmenzonedesubduction,et
baisserà10°/kmaucœurdescratons.
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
unitédetemps.Ils'exprimeenW/m²(ouJ/s/m²).
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
nettementsupérieuràlamoyenneauniveaudes
dorsales, et nettement inférieur au niveau des
zones de subduction. ceci s'explique par les
remontées de matériaux chauds dans le premier
cas,etleplongementdelaplaquefroidedansle
secondcas.
Remarque:
La tomographie sismique est la technologie
utilisée
pour
évaluer
indirectement
les
températures du globe au delà de quelques km
de profondeur. La vitesse des ondes sismiques
(qui dépend de la T°C des roches traversées)
est traduite en couleur étalonnées en % de
différence de vitesse / vitesse normale. Quand
les ondes ralentissent, la zone traversée, moins
dense, est plus chaude...
CartedufluxgéothermiqueenFrance
2- Les modalités de transfert de l'énergie
thermique
Letransfertdel'énergiethermiquedanslaTerre
peuts'effectuerdedeuxfaçons:
Ø La conduction qui est un transfert de
chaleursansmouvementdematière
Ø La convection qui est un transfert de
chaleuravecmouvementdematière,
Le transfert par convection est beaucoup plus
efficace, et est à l'origine d'un gradient
géothermiquefaible,commedanslemanteau
Letransfertparconductionentraîneungradient
géothermique fort. C'est le cas dans la
lithosphère.
Conclusion:
La Terre est une machine thermique. L'énergie
géothermique, utilisable par l'Homme est
variabled'unendroitàl'autre.
Le prélèvement éventuel d'énergie par l'Homme
ne représente qu'un infime part de ce qui est
dissipé.
Exercice:Unexemplelocal:les
sourceshydrothermalesauMaroc
Aquiclude:couchederochesimperméablesemprisonnant
unenappeaquifère(aquifer)
Well:puit
Spring:source
Lestraitsnoirsreprésententdesfailles,lesflèchesles
circulationsd’eau
PlusieurssecteursauMarocprésententdes
sourceshydrothermaleschaudes(uneeau
entre20et60°Censurfaceselonles
secteurs),enparticulierentreFèsetMelillaet
ausudestd’Essaouira.
LeMarocétantdépendantauniveau
énergétique,desrecherchesontétémenées
cesdernièresannéespourdéterminersices
sourcespourraientêtreexploitées.
1- Apartirdesdocumentssuivants,expliquez
l’originedecessourceshydrothermales
chaudesetcommentl’eauchaudepeutsortir
àlasurface.
2- Lessourceshydrothermaleschaudessont
actuellementexploitéespourletourisme(on
parledetourismehydrothermal),lessources
deMoulayyacoubàcôtédeFezsont
réputéespoursoignerlesrhumatismesetles
maladiesdepeauxdepartleurrichesseen
minéraux.Cetteactivitésedéveloppeau
Maroccarilyaunengouementdela
populationmarocaineeteuropéennepour
lessoinsdit«naturels».
Expliquezcommentl’eaupeuts’enrichir
enminéraux.
3- Endehorsdel’activitétouristique,l’eau
chaudeestaussiutiliséepourlechauffage
domestiqueetdesserresmaisaucune
productiond’électricitén’estpossibleau
Maroc.Pourquoi?
Document1:mesuresdugradientgéothermiqueauMaroc
Document2:coupeschématiqueausudestd’Essaouira