Chapitre 2 : La machinerie thermique de la Terre

1°S -Thème n°1 - Ch4
Cours
Chapitre 4 : La machinerie thermique de la Terre
Les massifs volcaniques, les geysers, les sources chaudes naturelles sont autant d’exemples qui
prouvent l’existence d’une énergie interne de la Terre.
Des planètes telluriques, la Terre est la seule à posséder encore une activité tectonique.
Quelle est l’origine de l’énergie interne de la Terre ? Comment se dissipe-t-elle ?
Quelles sont les conséquences sur le globe terrestre ?
TP n°10 : La machinerie thermique de la Terre
Comment expliquer l’origine des forces mises en jeu dans les mouvements des plaques
tectoniques ?
I- Origine de l’énergie interne de la Terre
1/ Une énergie emmagasinée lors de la formation de la Terre
Cette source de chaleur (chaleur primitive) représente 25 % de l’énergie interne
Le système solaire s’est formé, il y a 4,56 G.a. à partir d’un nuage de poussières provenant de
l’explosion d’une supernova. Il s’est produit une accrétion et une agglomération des poussières
en blocs de plus en plus gros.
Les multiples impacts de corps célestes (météorites, astéroïdes, planétoïdes…) ont produit une
énorme quantité d’énergie qui a été internalisée. Lorsque la planète primitive a acquis sa taille
définitive, il y a environ 4,5 milliards d’années, elle était constituée de matériaux en fusion : c’était
la proto-Terre. Sa surface a rapidement évacué cette chaleur initiale et s’est refroidie pour
former la croûte tandis que pour les couches internes, ce processus a été beaucoup plus lent et
se poursuit encore actuellement.
2/ Une énergie libérée par la désintégration d’éléments chimiques
Cette source de chaleur représente 75 % de l’énergie interne
La désintégration d’éléments (d’isotopes) radioactifs tels que l’Uranium, le Thorium, le Potassium
est la source essentielle de l’énergie interne du globe. Ce mécanisme correspond à la
désintégration spontanée de noyaux atomiques instables s’accompagnant d’une libération
importante d ‘énergie sous forme de chaleur.
=> La production de chaleur interne par radioactivité a diminué depuis le début de l’histoire
de la Terre mais elle reste importante
II- La dissipation en surface de la chaleur de la Terre
En surface, des événements épisodiques contribuent à une faible part de l’énergie totale dissipée
par la Terre . L’événement le plus important (car permanent) est le flux de chaleur qui
représente la quantité de chaleur qui traverse l’unité de surface du sol par seconde : c’est le flux
géothermique. Ce flux n’est pas constant, il est très variable d’une région à l’autre :
- il est minimal au niveau des fosses
- il est maximal au niveau des points chauds, des dorsales
Un flux élevé en surface est significatif d’un fort gradient géothermique,
c’est à dire de la présence d’une zone chaude en surface.
Le gradient géothermique correspond à l’augmentation de la température en fonction de la
profondeur dans la Terre Pour l’estimer on ne dispose de mesures directes que pour les
premiers km de la croûte, le reste des mesures se fait de manière indirecte en analysant la
vitesse des ondes sismiques (tomographie sismique). La valeur mesurée est de l’ordre de 30°
par kilomètre dans la croûte continentale. La valeur élevée du gradient géothermique dans la
lithosphère indique la chaleur est ici transmise par conduction.
Le gradient thermique est faible dans le manteau terrestre (0,5 °c) ce qui suppose qu’il existe un
autre mécanisme beaucoup plus efficace de transfert de la chaleur interne.
La conduction thermique ne permet pas à elle seule l’évacuation de la chaleur interne et
n’explique
pas
l’inégale
répartition
du
flux
géothermique
en
surface.
Comment l’énergie est elle transférée dans le globe ?
III- La convection mantellique et ses conséquences sur la tectonique des plaques
La convection se manifeste par des déplacements de matière transportant de l’énergie
thermique. Les volumes de matière situé en bas sont chauffés, se dilatent, s’élèvent vers la
surface. Ils sont remplacés en profondeur par de la matière froide en provenance de la surface
qui redescend et va s’échauffer à son tour. Une circulation de matière s’organise alors en cellules
de convection. La convection se fait à un ou deux niveaux.
Schéma :
* Le matériel solide chaud et
donc moins dense
remonte.
Les
zones
de
remontées
correspondent à deux types de
contextes géologiques :
-Les points chauds sont liés à
des remontées ponctuelles et
massives de grandes quantités
de matériel chaud depuis le
noyau.
D’énormes quantités de chaleur
sont mises en jeu et se
traduisent par un important
magmatisme. Il s’exprime par
des éruptions massives de laves
basaltiques (trapps du Deccan,
alignements volcaniques,…)
-Les dorsales, quant à elles, sont des zones de remontée de très grandes longueurs mais qui
n’affectent que la partie supérieure du manteau.
Dans les deux cas la remontée du manteau est suffisamment rapide pour entraîner sa
décompression et donc sa fusion
* Le matériel froid plus dense plonge au niveau des zones de subduction
Les plaques plongeantes peuvent suivre deux trajectoires différentes :
- soit elles restent en dessus de la limite asthénosphère/mésosphère,
- soit elles plongent en profondeur jusqu’à la limite manteau/noyau.
La convection mantellique est un mode efficace de dissipation de l’énergie interne.
Elle est à l’origine de la tectonique des plaques.
Conclusion
Les plaques sont mises en mouvement par la convection mantellique qui correspond à un
transport de chaleur très efficace par mouvement de matière solide. Cette convection ainsi que
la conduction contribuent à la dissipation de l’énergie interne de la Terre qui a pour origine
essentielle la désintégration de certains isotopes radioactifs
La Terre se refroidit donc progressivement. Sa température globale est encore suffisante pour
permettre les activités volcaniques et tectoniques. Ce n’est plus le cas de la t° de Vénus qui ne
présente plus d’activité tectonique.
Seules les planètes telluriques les plus grosses conservent encore à l’heure actuelle une activité tectonique. Les
planètes plus petites telle que Mars ont en eu une par le passé. Toutes les planètes ont emmagasiné de la chaleur il
y a 4,6 Mds d’années c’est à dire au moment de leur formation. Les planètes les plus petites se sont refroidies
rapidement en 500 M.a., alors que la t° des plus grosses décroît plus lentement. L’activité volcanique et tectonique
dépend directement de la température.