TP 10 : La géothermie

TS – SVT – Thème 2A – TP10 – Lycée Jacques Prévert – Boulogne-Billancourt
TP 10 : La géothermie
La Terre reçoit de l’énergie externe en provenance du Soleil, cette énergie est à la base même de la vie et
des climats sur Terre.
L’Homme sait exploiter l’énergie solaire pour produire de l’électricité. Mais une autre forme d’énergie
existe, d’origine interne cette fois, et qui génère un flux thermique se dirigeant vers la surface.
La géothermie désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe ainsi
que les processus industriels qui visent à l'exploiter, pour produire de l'électricité et/ou de la chaleur.
Problématique : qu’est-ce que la géothermie ? En quoi est-elle une ressource énergétique d’avenir ?
Activité 1 : Des exemples d’installations géothermiques en France (à faire à la maison)
A partir des ressources disponibles complétez le tableau suivant :
Lieu
Chevilly-Larue (94)
Soultz-sous-Forêts (67)
Bouillante (971)
contexte géologique
type de géothermie
(basse énergie / haute
énergie)
Température de l’eau
captée
utilisation
Après avoir visionné le film (4ème ressource ci-dessous), résumez le principe de fonctionnement de la géothermie.
Ressources :
• site http://www.geothermie-perspectives.fr (de nombreuses infos, notamment en tapant Bouillante et
Soultz dans la section « rechercher »)
• site http://reseaux-chaleur.cerema.fr/reseaux-de-chaleur-geothermique
• livre p 224, 225 et 232
• http ://semhach.fr/ Aller dans « centre de ressource », « vidéothèque » (3ème film : géothermie haute et
basse énergie, 8 minutes).
• Reportage vidéo (Chevilly-Larue) http://www.ina.fr/video/3591181001022
• Site de Chevilly-Larue : http://reseaux-chaleur.cerema.fr/centrale-geothermique-chevilly-larue-94
Activité 2 : Des zones favorables à une exploitation géothermique
Mise en situation et recherche à mener
L'énergie géothermique utilisable par l'Homme est variable d'un endroit à l'autre du globe. Les
exploitations actuelles profitent de l'énergie thermique des roches chaudes profondes : elles sont donc
implantées dans des régions où le gradient géothermique est particulièrement important, notamment dans
des régions à forte activité magmatique.
Une société multinationale veut étendre son parc d'installations géothermiques. Avant de se lancer dans
des installations très coûteuses, elle cherche à identifier des sites susceptibles de posséder les bonnes
propriétés thermiques au regard de leurs caractères géologiques.
On cherche à identifier le meilleur contexte géodynamique dans lequel le gradient géothermique serait
particulièrement propice à l'installation d'une centrale géothermique.
Ressources
−
−
Toute donnée physico-chimique et géologique (sismique, volcanique, pétrographique, …) concernant les
sites choisis.
Cartes géologiques
Document 1 : gradient géothermique
Le gradient géothermique est le rapport entre la différence de température mesurée entre deux points et
leur différence de profondeur. La mesure du gradient géothermique est réalisée grâce au suivi de la
température le long de forages. Dans la croûte continentale, le gradient géothermique moyen est d'environ
30°C.km-1.
Document 2 : quelques sites de forages
Sites
1- KTB
2- Krafla
3- Bouillante
4- Soultz
Localisation
(latitude ;
longitude)
Allemagne
49.48°N ; 12.10°E
Islande
65.42°N ; - 16.43°O
France (Guadeloupe)
16.07°N ; - 61.46°O
France (Alsace)
47.53°N ; 7.13°E
Etape 1 : Concevoir une stratégie pour résoudre une situation problème
(durée maximale : 10 minutes)
Proposer une stratégie de résolution réaliste permettant d'identifier le meilleur contexte géodynamique
dans lequel le gradient géothermique serait particulièrement propice à l'installation d'une centrale
géothermique.
Appeler l’examinateur pour présenter oralement votre proposition et obtenir la suite du sujet.
Activité 3 : L’origine de la chaleur interne de la Terre
A l’aide d’Excel et du document 1 (annexe 2), quantifier les valeurs du flux thermique, pour chaque enveloppe, et
discuter de la part de la radioactivité dans l’énergie interne du Globe. Compléter le schéma du document annexe 1.
Ressources :
• Annexe 2 : la géothermie
• Flux_thermique.xlsx (fichier s’ouvrant avec Excel permettant de calculer la chaleur dégagée par radioactivité par
chaque enveloppe de la Terre et le flux de chaleur mesuré en surface)
Activité 4 : Les mécanismes de transfert de chaleur dans la Terre
La chaleur interne de la Terre va se dissiper selon deux modèles possibles : la convection et la conduction.
Grâce au document 3 (annexe 2), et aux résultats de l’expérience, tracer avec Excel le gradient thermique en
fonction du temps, pour chaque expérience. Proposer un modèle de dissipation de la chaleur interne pour la
lithosphère et l’asthénosphère.
Ressources :
• Annexe 2 : la géothermie
• Flux_thermique.xlsx (2ème feuille : conduction et convection)
TS – SVT – Thème 2A – TP10 – suite de l’activité 2
Etape 2 : Mettre en œuvre un protocole de résolution pour obtenir des résultats exploitables
Mettre en œuvre les protocoles d’estimation graphique du gradient géothermique des sites et d'étude des
caractéristiques géodynamique d'un des sites afin d'identifier le meilleur contexte géodynamique
particulièrement favorable à l'installation d'une centrale géothermique.
Appeler l’examinateur pour vérifier le résultat et éventuellement obtenir une aide.
Etape 3 : Présenter les résultats pour les communiquer
Sous la forme de votre choix, présenter et traiter les données brutes pour qu'elles apportent les
informations nécessaires à la résolution du problème.
Répondre sur la fiche-réponse candidat, appeler l'examinateur pour vérification de votre production.
Etape 4 : Exploiter les résultats obtenus pour répondre au problème
Exploiter les résultats pour identifier le meilleur contexte géodynamique dans lequel le gradient
géothermique serait particulièrement propice à l'installation d'une centrale géothermique.
Répondre sur la fiche-réponse candidat.