Chapitre 1 : Geothermie et propirete de la terre

 Chapitre 1 Géothermie et propriété de la terre I)
Gradient géothermique et flux géothermique témoigne d’une énergie interne 1) La terre libère de la chaleur d’origine profonde De nombreuses manifestations attestent de l’augmentation de la température avec la profondeur du globe terrestre : -­‐ des sources hydrothermales qui libèrent des fluides chauds -­‐ des éruptions volcaniques -­‐ la présence de mines (charbon ou minerais) très chaudes en profondeur 2) Le gradient et le flux géothermique mesurent cette libération d’énergie (chaleur) Le gradient géothermique est l’augmentation de température avec la profondeur : 30°C par km. Le flux géothermique correspond a la dissipation d’énergie provenant des profondeurs de la terre par unité de surface en un temps donné (W.m-­‐2). Sa valeur moyenne est de 65 W.m-­‐2. 3) Gradient et flux géothermique varie selon le contexte géodynamique Le flux géothermique est plus élevé au niveau des océans que sur les continents. Dans les océans il est plus élevé au niveau des dorsales, au niveau des arcs volcaniques lié a la subduction et au niveau des points chauds. Par contre le flux de chaleur est faible au niveau des fosses et au niveau des plateaux continentaux et des plaines abyssales (fond de mer). Au niveau continentale, le flux géothermique est élevé dans les régions volcaniques ainsi que dans les basins sédimentaires ou la croute est aminci. II)
L’origine du flux géothermique et les modalités du transfert d’énergie 1) L’origine principale de l’énergie : la désintégration d’éléments radioactifs Une des origines de l’énergie de la terre est la chaleur dégagée lors de l’accrétion qui a entrainer la formation d’une terre magmatique. La terre se refroidit formant une croute solide mais l’intérieur du globe garde une chaleur résiduelle. Cependant la principale source de chaleur est produite par la désintégration d’isotopes radioactifs tel que l’uranium. Même si le manteau est moins concentré en isotope, sa masse énorme une grande quantité d’éléments radioactif, qui en se désintégrant libère la principale source de chaleur du globe. 2) Les mécanismes de transfert d’énergie L’énergie géothermique peut être transféré vers la surface a travers les enveloppes du globe selon deux modalités : -­‐ La conduction, c’est le transfère de chaleur sans déplacement de matière mais par agitation des atomes. Elle entraine un fort et constant gradient géothermique (30°C par km dans la croute). C’est donc un transfère de chaleur peut efficace. -­‐
La convection, c’est un transfert de chaleur avec un déplacement de matière qui conserve pratiquement sa température, ce qui entraine un faible gradient de température dans le manteau asthénosphérique (0,3 °C par km). Ce mécanisme se met en place lorsque un matériau chaud et peu dense est surmonté d’un matériau froid et plus dense. La matière chaude s’élève et se refroidi, la matière froide s’enfonce et s’échauffe. Une circulation de matière s’organise en cellule de convection 3) La terre, une machine thermique Document 4, page 247 à apprendre par cœur. La tomographie sismique permet d’observer des mouvements ascendant de matière chaude et solide du manteau initié en profondeur et associé au magmatisme des points chaud. Elle permet aussi d’observer le plongement de la lithosphère océanique dans le manteau sous-­‐
jacent. Ce plongement qui correspond a un mouvement de convection descendant exerce une traction sur le reste de la plaque, contribuant au niveau des dorsales a la divergence des plaques et a la remontée passive de matériaux chauds et peut profond. La fusion partielle de ce manteau produit du magma dont le refroidissement crée une nouvelle lithosphère océanique au niveau des dorsales. La terre est ainsi une machine thermique : la dissipation de l’énergie géothermique est associé a des mouvements du manteau et des plaques lithosphériques a l’origine de l’activité sismique et magmatique du globe. Ainsi l’énergie interne de la planète est efficacement transféré de la profondeurs vers la surface par convection dans le manteau, puis dissiper par conduction (moins efficacement) a travers la lithosphère. III)
L’énergie géothermique est utilisée par l’homme 1) Une ressource inépuisable a l’échelle humaine L’énergie géothermique est utilisée par l’homme pour produire de la chaleur (industriel, collective, ou individuelle) et de l’électricité. Actuellement cette énergie utilisée ne correspond qu’a un pourcent de la consommation mondiale d’énergie et est infime par rapport a l’énergie interne dissipée qui est donc considéré comme une ressource inépuisable pour l’homme. 2) Deux grands types d’utilisation de l’énergie géodynamique a) L’utilisation pour le chauffage de la géothermie « basse énergie » On extrait la chaleur de la croute terrestre présente soit : -­‐ Dans les roches (quelques mètres ou dizaines de mètre de profondeur) grâce a des pompes a chaleur pour le chauffage individuel. -­‐ Dans un aquifère (nappe d’eau souterraine permanente) situé a quelques centaines ou quelque milliers de mètres de profondeur et dont la température est élevé (30 à 100°C) pour le chauffage urbain. b) L’utilisation pour la production d’électricité de la géothermie « haute énergie » Les centrales sont présentent dans les régions présentant une forte activité magmatique (arc de subduction, dorsale, point chaud, rifting (est africain pour le rifting)). Dans les zones de très fort gradient géothermique des forages permettent de récupérer la vapeur d’eau bouillante qui jailli pour alimenter une turbine. C’est le cas de la ville de bouillante en Guadeloupe Exercice 9, page 258 Le document 1 situe la région étudiée (Toscane) et permet de visualiser une coupe géologique AB à travers la chaîne des Apennins. On observe, au nord-­‐est, de grandes failles inverses chevauchantes délimitant des unités de type nappe de charriages constitués de roches sédimentaires ou d’ophiolites. Cette structuration compressive correspond à ce que l’on peut observer dans les chaînes de collision. Au sud-­‐ouest, au niveau du complexe de Larderello, on observe des failles normales délimitant des blocs de roches magmatiques et affectant les roches sédimentaires et les ophiolites. Cet agencement signe un contexte extensif. Le document 3 permet de visualiser les isobathes c’est-­‐à-­‐dire les lignes de même pro fondeur du Moho permettant ainsi d’en déduire l’épaisseur de la croûte. En moyenne, de 35 à 40 km dans cette région, la croûte continentale est amincie de 5 à 10 km dans la zone du champ géothermique et au sud de celui-­‐ci. Cette observation est à mettre en relation avec la distension affectant cette zone (doc. 1). Le document 2 permet de constater que le flux géothermique y est extrêmement élevé. En effet, le flux géothermique moyen est de 87 mW ? m– 2 alors qu’à Larderello il est plus de 10 fois supérieur. On peut expliquer cela, en partie par l’amincissement crustal et la présence de failles permettant la proximité de la source de chaleur et sa libération. En réalité, la présence d’un ancien magmatisme de subduction accentue encore la quantité d’énergie présente et libérée. Les sources chaudes, les souffles de vapeur sont des manifestations géothermiques liées à la circulation d’eau dans une croûte amincie, fracturée et présentant d’anciens réservoirs magmatiques. L’important flux géothermique ainsi que les fluides hydrothermaux sont d’ailleurs exploités depuis le début du XXe siècle pour produire de l’électricité.