Flux géothermique - 10 Minutes School

Enjeux planétaires contemporains
Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
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Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
Le globe terrestre reçoit de l’énergie externe, l’énergie solaire, et il est lui-même une source d’énergie.
En effet, les séismes, les éruptions volcaniques et le déplacement des plaques lithosphériques sont des
manifestations de la dissipation de l’énergie interne de la Terre
La température croît avec la profondeur (gradient géothermique) ;
Un flux thermique atteint la surface en provenance des profondeurs de la Terre (flux géothermique).
Gradients et flux varient selon le contexte géodynamique.
Le flux thermique a pour origine principale la désintégration des substances radioactives contenues dans les
roches.
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Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
Flux géothermique: quantité de chaleur provenant des profondeurs de la Terre et traversant une
surface donnée en un temps donné. Il s’exprime en watts par mètre carré
Le gradient géothermique: Variation de température entre deux profondeurs.
Il mesure par conséquent la variation de température en fonction de la profondeur: 3°C pour 100 m
Les roches sont de mauvais conducteurs thermiques donc freinent les transferts d’energie internes
et permettent le stockage de la chaleur.
FLUX GEOTHERMIQUE (W.M-²) = CONDUCTIVITE THERMIQUE X GRADIENT GEOTHERMIQUE (K/M)
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Comme le gradient, le flux varie d’une région à
l’ autre: il est d’autant plus élevé que le gradient
l’ est aussi.
A la surface de la Terre, le flux géothermique est
plus élevé dans les domaines océaniques que sur
les continents. C’est surtout le long des dorsales
qu’il est le plus fort; dans ces secteurs,
l’hydrothermalisme océanique joue un rôle
prépondérant dans ce transfert thermique.
CNED
A l’ opposé, le flux thermique est plus faible près
des zones de subduction;
Cependant, dans l ‘ouest pacifique et en Indonésie,
les arcs volcaniques associés à ces secteurs
présentent un flux plus élevé.
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Les grands bassins
sedimentaires (Parisien et
Aquitain) possèdent de grands
aquifères qui sont des
sediments perméables
contenant une nappe d’eau
souterraine permanente
limitée à la base par un niveau
Imperméable
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La tomographie sismique permet d’établir des « coupes » du
globe terrestre grâce à une analyse des vitesses de
propagation des ondes sismiques. Les vitesses enregistrées
dépendent, notamment, des caractéristiques physiques du
milieu traversé (température, pression).
Sur chaque image, les régions colorées en rouge
correspondent aux régions anormalement chaudes, la vitesse
des ondes est inférieure à la vitesse « normale ». Les zones
colorées en bleu montrent des régions « froides » ; les ondes
s’y propagent rapidement.
Ces zones froides correspondent aux plaques océaniques
subduites dans la manteau.
NB : ces images semblent indiquer que la plaque plongeante
s’enfonce sous la limite 670 km pour atteindre l’interface
manteau-noyau
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Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
 L’origine du flux thermique et modalités des transferts thermiques
Les sources d’énergie internes à la Terre
A eux seuls, l’ Uranium, le Thorium et le Potassium sont responsables de la majeure partie de la
libération de l’énergie par désintégration. Ces éléments étant inégalement répartis à l’intérieur de la
Terre, chaque enveloppe contribue donc à cette libération d’énergie.
Bien que relativement pauvre en éléments radioactifs par rapport à la croûte continentale, c’est le
manteau qui, compte tenu de son volume, libère le plus d’énergie par désintégration radioactive.
Il rend compte à lui seul de 70% de la libération totale d’énergie d’origine radioactive.
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Les mécanismes de transferts thermiques dans la Terre
•La conduction est un mécanisme où la chaleur se
transmet de proche en proche au sein d'un milieu.
C'est l'agitation atomique qui provoque l'élévation de
température.
conduction et convection : structures thermiques
conduction
−
libération de chaleur
•La convection est le déplacement de matière d'une zone
chaude vers une zone froide qui sera alors réchauffée.
C'est le déplacement de matière chaude qui provoque le
transfert de chaleur, donc l'élévation de température.
convection
mouvement de
matière

température
apport d’énergie
thermique
svt.ac-dijon.fr
La convection est donc plus efficace dans l’organisation d’un transfert thermique
que la conduction.
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Comportement convectif du
manteau sous la lithosphère.
Plus en profondeur, la zone de
transition entre le manteau et
le noyau, également
caractérisée par un gradient
géothermique élevé, apparait
donc aussi comme le lieu d’un
transfert conductif du noyau
vers la base du manteau.
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L’exploitation par l’Homme de l’énergie géothermique
La géothermie est la seule énergie renouvelable qui s’adresse aux deux grandes filières énergétiques :
- production de chaleur
- production d’électricité
Trois types d’exploitation de la géothermie :
-la géothermie très basse énergie: exploite des réservoirs situés à moins de 100m et dont les eaux ont une
température inférieure à 30°C ; on l’utilise pour le chauffage et la climatisation grâce à une pompe à chaleur.
-la géothermie basse énergie : utilise des aquifères à des températures comprises entre 30°C et 100°C, on l’exploite
dans des réseaux de chaleur pour le chauffage urbain ou dans le cadre de procédés industriels.
- la géothermie moyenne et haute énergie (jusqu’à 250°C) est utilisée pour produire de l’électricité via des turbines
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CONCLUSION
Deux mécanismes de transfert thermique existent dans la Terre : la convection et la
conduction.
Le transfert par convection est beaucoup plus efficace. 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 Terre est une machine thermique.
L'énergie géothermique utilisable par l'Homme est variable d'un endroit à l'autre.
Le prélèvement éventuel d'énergie par l'Homme ne représente qu'une infime partie de
ce qui est dissipé.
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