III. Les modes de transfert d`énergie au sein du globe

III. Les modes de transfert d’énergie au sein du globe (Voir TP Géothermie)
Les études de propagation des ondes sismiques à l’intérieur du globe (tomographie sismique) montrent que le manteau
est totalement solide alors que le noyau externe, lui, est liquide. Il y a longtemps que les scientifiques considèrent que le
manteau peut présenter des courants de convection, car il y a en surface un flux de chaleur, des mouvements au niveau
des plaques lithosphériques et des sorties ponctuelles de magma au niveau des points chauds.
1. La conduction
Dans la lithosphère, la chaleur se propage par diffusion à travers les roches solides, des roches profondes les plus
chaudes vers les roches superficielles les plus froides. Cette diffusion de chaleur qualifiée également de conduction est
fonction du gradient de température.
Dans un corps supposé non déformable, la chaleur se transmet par conduction-diffusion, c’est-à-dire par propagation de
proche en proche de vibrations des atomes et des molécules, des zones chaudes vers les zones froides : il n’y a pas de
déplacement macroscopique de la matière. Ce mode de transfert n’est pas envisageable pour l’ensemble du globe : les
roches, comme par exemple celles du manteau, ne sont pas assez conductrices de la chaleur pour l’intensité du flux
observée.
2. La convection
Un corps déformable se dilate quand sa température augmente et que sa masse volumique devient alors plus faible. Si
un corps est chauffé par le bas et refroidi par le haut, la situation est instable, ce qui entraînera la mise en mouvement
macroscopique de la matière : la matière froide et dense du haut aura tendance à descendre et la matière chaude et un
peu moins dense du bas aura tendance à monter. C’est la convection thermique.
La meilleure efficacité de la convection explique les flux élevés au niveau des dorsales.
À l'échelle globale, le flux fort dans les dorsales est associé à la production de lithosphère nouvelle ; au contraire, les
zones de subduction présentent un flux faible associé au plongement de la lithosphère âgée devenue dense. La
conduction et la convection sont à l’origine des mouvements tectoniques. La Terre est une machine thermique.
IV. L’origine de l’énergie endogène terrestre
Il y a trois origines principales de l’énergie produite par le globe :
1. La désintégration d’éléments radioactifs
La plus grande partie de la chaleur interne de la Terre provient de la désintégration naturelle des isotopes radioactifs de
certains éléments chimiques dont sont formées les roches : en particulier 238U, 235U, 232Th, 40K.
Du fait de leurs différences de composition, les roches des différentes enveloppes de la Terre ne contribuent pas de
manière équivalente à la libération de chaleur par radioactivité. Ainsi, le potentiel énergétique des granites est 150 fois
plus élevé que celui des péridotites et 30 fois plus élevé que celui des basaltes océaniques.
La puissance libérée par la croûte océanique est négligée du fait de son faible volume. C’est le manteau qui a la part la
plus importante dans la puissance totale libérée.
2. La chaleur initiale
Elle correspond à la libération, par suite du refroidissement des matériaux profonds, de l’énergie accumulée lors de la
formation de la Terre.
3. La chaleur de différenciation
Elle est libérée lors de la cristallisation du noyau solide aux dépens du noyau liquide.
La libération d’énergie interne se traduit en surface par diverses manifestations. La quantité libérée varie selon le
contexte géodynamique. Cette dissipation est rendue possible grâce aux transferts de chaleur par conduction et
principalement par convection des roches mantelliques.
Contrairement aux énergies fossiles, la ressource géothermique est considérée comme illimitée (à l’échelle humaine)
et se trouve potentiellement partout puisqu’elle repose sur le flux thermique terrestre. Le prélèvement éventuel
d’énergie par l’homme, à des fins de production de chaleur pour le chauffage et la production d’électricité, ne
représente qu’une infime partie de ce qui est dissipé.