thème 1 la terre, la vie et l’évolution du vivant

Thème 2:ENJEUX

PLANETAIRES

CONTEMPORAINS

Chapitre 10

La population mondiale dépasse aujourd’hui7 milliards d’individus et va continuer àaugmenter. Cette population a des besoinsalimentaires et énergétiques croissants.

Comment répondre aux défis énergétique et alimentaire mondiaux du XXIe siècle ?

Chapitre 10 : LA GÉOTHERMIE ET LES PROPRIÉTÉS

THERMIQUES DE LA TERRE

Les énergies fossiles (pétrole, charbon, gaznaturel) constituent la principale source d’énergiepour l’Homme, mais ce sont des ressources limitéesqui provoquent des rejets important de gaz à effet deserre.

Les émissions de laves, les geysers ou certainessources thermales chaudes sont autant de preuvessuperficielles de l’existence de sources d’énergieinterne à la Terre qui semblent inépuisables.

Introduction

Comment l’Homme peut-il exploiter cette chaleur interne à priori inépuisable, à la place

des énergies fossiles ?

Problématique

I. LES PROPRIÉTÉS THERMIQUES DE LA TERRE

TP n°16 : L’énergie géothermique

Comment mesurer cette dissipation d’énergie thermique d’origine interne ?

La Terre est une machine thermique qui dissipe enpermanence de la chaleur.

Le gradient géothermique* mesure l’augmentation detempérature lorsque l’on s’enfonce dans le sous-sol.

Sa valeur moyenne dans la croûte est de 30 °C parkilomètre (mais cette valeur varie d’une région à l’autre,entre 10 et 100°C/km).

*Gradient géothermique: augmentation de la température dans le sous-sol au furet à mesure que l’on s'éloigne de la surface vers la profondeur.

85°C/km

Le flux géothermique* correspond à ladissipation de la chaleur interne à travers la surfacedu globe. Il dépend du gradient géothermique, maisaussi de la nature des roches traversées.

Sa valeur moyenne est de 65 mW/m².

*Flux géothermique: quantité de chaleur qui est libérée par une surface donnée enun temps donné en mW/m²).

Exemple: graniteCtmoy= 3,15 W/m/KGG = 30 K/km = 0,03 K/m

FG = CT x GGFG = 3,15 x 0,03FG = 0,0945 W/m²FG = 94,5 mW/m²

TP16: L’énergie géothermique

Tomographie sismique

La tomographie indique également un plan incliné le long duquel les vitessesdes ondes sont anormalement élevées, ce qui confirme une subduction etl’enfoncement de la plaque sud-américaine froide sous la plaque Caraïbe. Deplus on observe une zone de forte chaleur à l’aplomb de la Guadeloupe(volcanisme de subduction).

http://www.ac-

nice.fr/svt/producti

ons/html5/tomo2/i

ndex.htm

Gradient et flux varient selon le contextegéologique : ils sont particulièrement élevés auniveau des dorsales, des points chauds, des arcsvolcaniques* associés aux zones de subduction.

65

Arc volcanique: ensemble de volcans s'alignant plus ou moins selon une courbe. Ils

naissent de la subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale ou

une autre plaque océanique (dans ce dernier cas, les volcans forment des îles

regroupées en un archipel).

II. LA GÉOTHERMIE, UNE RESSOURCE ÉNERGÉTIQUE

Livre : pages 224 et 225Comment exploite-t-on l’énergie géothermique ?

Elle est utilisée par l’Homme avec 2 objectifsprincipaux : la production de chaleur pour lechauffage et la production d’électricité.

La géothermie « haute énergie » utilisedirectement les fluides très chauds afin de produirede l’électricité. La géothermie « basse énergie »récupère de l’énergie thermique à faible profondeurdans le sous-sol à des fins de chauffage.

Les ressources géothermiques sontimportantes dans les régions volcaniques (ex :Antilles), les zones de rift (ex : Islande) et dans unemoindre mesure dans les bassins d’effondrement(ex : Alsace) ou sédimentaires (bassin parisien).

III. L’ORIGINE DU FLUX GÉOTHERMIQUE

TP n°17: La machine thermique Terre (Activité 1)

Livre: Activité 2 p.226 et 227

Quelle est l’origine de l’énergie thermique interne ?

La majeure partie de l’énergie interne est issue dela désintégration de certains isotopes radioactifsprésents dans les roches (235U, 238U, 232Th, 40K). Lemanteau terrestre en produit la plus grande part.

IV. LES MODALITÉS DU TRANSFERT DE L’ÉNERGIE

TP n°17: La machine thermique Terre (Activité 2)

Comment l’énergie thermique produite en profondeur est-elle transférée à la surface de la Terre ?

1. Conduction et convection

La conduction et la convection représentent lesdeux modes de transfert de chaleur depuis laprofondeur vers la surface.

La conduction* est un transfert de chaleursans déplacement de matière et permet ladissipation de la majeure partie de l’énergie àtravers la lithosphère superficielle et à l’interfacenoyau/manteau.

TP25: La machine thermique TERRE

TP25: La machine thermique TERRE

Transfert thermique plus efficace dans le

système convectif

TP25: La machine thermique TERRE

Conduction

Convection

Gra

die

nt

géo

ther

miq

ue

fort

Gra

die

nt

géo

ther

miq

ue

faib

le

La convection* est en revanche un transfertplus efficace avec des déplacements de matière quis’organisent en cellules de convection, dans lemanteau profond.

Livre: Tomographie sismique

2. Conséquences sur la tectonique des plaques

Conduction Convection

La tomographie sismique permet devisualiser les mouvements de matière dans lemanteau.

La convection dans le manteau est le moteurdu déplacement des plaques lithosphériques :mouvement ascendant sous les dorsales (créationde nouvelle lithosphère océanique) et les pointschauds (ex: île de La Réunion), mouvementdescendant sous les zones de subduction(plongement de la lithosphère océanique dense).

La dissipation de l’énergie géothermiqueprovoque les mouvements mantelliques, quiprovoquent eux le magmatisme et l’activitésismique superficiels.

Le prélèvement d’énergie réalisé par lescentrales géothermiques est infime par rapport àl’ensemble de l’énergie interne dissipée par la Terre.

On peut donc considérer qu’à l’échellehumaine cette énergie est une ressourceinépuisable.

Cependant ces ressources sont inégalementréparties et ne répondent pas à elles seules auxbesoins mondiaux.