2-A GEOTHERMIE ET PROPRIETES THERMIQUES DE LA TERRE

2-A GEOTHERMIE ET PROPRIETES THERMIQUES DE LA TERRE
Notions
1. Un flux géothermique et son origine
 La Terre libère de la chaleur d’origine profonde, emmagasinée depuis sa formation.
 Le transfert de l’énergie interne du globe vers les enveloppes superficielles est à l’origine d’un flux géothermique
qui est émis en surface, exprimé en Watts par mètres carrés.
 L’augmentation de température en fonction de la profondeur qui en découle est le gradient géothermique dont la
valeur moyenne au niveau de la croûte est de 30°C par kilomètre.
 Cette énergie provient principalement de la désintégration naturelle d’éléments radioactifs présents dans les
roches du globe.
 Certains minéraux des roches contiennent des isotopes radioactifs dont les noyaux instables se désintègrent au
cours du temps : Uranium 238U, 235U, Thorium 232Th et potassium 40K. Ces désintégrations libèrent de l’énergie
capable d’échauffer les matériaux dans lesquelles elles s’effectuent.
 Même si le manteau est moins concentré en isotopes que la croûte terrestre, sa masse importante en fait le
principal producteur d’énergie interne.
2. Les modalités de transferts thermiques
 L’énergie interne est transférée au sein des enveloppes par deux modalités distinctes, la conduction (sans
déplacement de matière) et la convection (avec déplacement de matière)
 La conduction correspond à un transfert de chaleur de proche en proche, sans déplacement de matière (mis à part
l’agitation à l’échelle atomique). L’efficacité de ce transfert dépend de la conductivité thermique du matériau.
 La convection correspond à un transfert de chaleur avec déplacement de matière : la matière chaude, moins
dense, a tendance à s’élever et à terme, à se refroidir, tandis que la matière plus froide, donc plus dense, à
tendance à descendre et à terme, à s’échauffer. Ces déplacements de matière s’organisent en cellules de
convection.
 Les échanges thermiques en convection sont beaucoup plus efficaces qu’en conduction
 L’énergie géothermique est principalement transférée par conduction dans la lithosphère et essentiellement par
convection dans le manteau sous jacent.
Activités, supports
3. Flux géothermique et géodynamique : La Terre, une machine thermique
 Gradient et flux géothermiques présentent des variations importantes d’une région à l’autre et dépendent
notamment du contexte géodynamique.
 On observe un flux géothermique élevé :
- A l’aplomb des dorsales, où le transfert thermique est associé à la production de lithosphère océanique
nouvelle et chaude.
- Au niveau des points chauds (à l’aplomb d’un panache ascendant de matériau mantellique chaud d’origine
profonde)
- A l’aplomb des zones magmatiques dans un contexte de subduction
 Un flux géothermique faible caractérise les zones stables sur le plan géodynamique et les zones de subduction où
on assiste au plongement d’une lithosphère âgée, froide et dense.
 La dynamique lithosphérique et les manifestations géologiques en surface du globe ont pour origine la dissipation
de l’énergie interne du globe.
 A l’échelle globale, la convection lente au sein du manteau se manifeste par l’ascension de roches mantelliques
chaudes à l’aplomb des dorsales, et par le plongement de plaques de lithosphère océanique refroidies au niveau
des zones de subduction. Ainsi l’énergie géothermique est transformée en énergie mécanique (mouvements de
matière).
 La Terre est une machine thermique : la dissipation progressive de son énergie interne est à l’origine de la mobilité
lithosphérique.
4. La géothermie, une ressource exploitable par l’homme
 L’Homme utilise la géothermie pour la production de chaleur et d’électricité.
 Le flux géothermique qui traverse la lithosphère en provenance de l’intérieur de la Terre est une ressource
énergétique utilisable par l’homme.
-
Dans les zones à fort gradient géothermique (régions à forte activité magmatique), l’eau qui s’infiltre et circule
en profondeur se réchauffe au contact des roches. Elle peut être exploitée via des forages (500 à 2000m de
profondeur). Ainsi la géothermie de « haute énergie » utilise ces fluides très chauds afin de produire de
-
l’électricité (centrales géothermiques)
La géothermie de « basse énergie » récupère l’énergie thermique à faible profondeur (quelques mètres ou
quelques dizaines de mètres) dans le sol ou le sous sol à des fins de chauffage.
 Cette énergie géothermique est une ressource inépuisable à échelle humaine. Les limites de son exploitation
s’expliquent essentiellement par l’inégale répartition de cette énergie, qui varie selon les régions.
 L’exploitation de l’énergie géothermique ne représente actuellement que 1% de la consommation mondiale
d’énergie. De plus, les installations géothermiques actuelles n’utilisent qu’une infime partie de la totalité du flux
dissipé à la surface de la Terre. Ainsi, à échelle humaine, l’énergie géothermique peut être considérée comme
inépuisable.
 Bien qu’inégalement répartie à la surface du globe, elle apparaît comme une alternative intéressante à
l’exploitation des combustibles fossiles.