Baignade à Blue Lagoon à Reykjavik en Islande
Thème 2A - Géothermie et propriétés thermiques de la terre
Thème 2 Enjeux planétaires
contemporains
Thème 1 La Terre dans l’Univers, la vie, l’évolution du vivant
Manifestations naturelles de l’énergie interne de la Terre
Chaudes Aigues dans le Cantal
Geyser Old Faithfull – Parc de Yellowstone- USA
Eau à 129°CMine de potasse en Alsace à 700m de profondeur ; température = 50°C
Quelle est l’origine de cette énergie interne et quelles utilisations l’homme peut-il en faire ?
Éruption volcanique au Chili
I – L’énergie interne de la Terre : une énergie renouvelable
A – Son origineLivre doc 1 et 2 page 228 : Calculez l’énergie thermique produite par chacune des enveloppes terrestres. Concluez
Enveloppes
masse (en kg)
concentration des éléments
(ppm)
énergie thermique
produite par chaque élément
(W)énergie totale produite (W)
énergie totale(W)
% par enveloppe
238U/235U
232Th 40K
238U/235U
232Th 40K
238U/235U
232Th 40K
CC1,38
E+221,60E-06
5,80E-06
2,38E-06
CO6,90
E+219,00E-07
2,70E-06
4,76E-07
Man-teau
4,00E+24
2,70E-08
9,40E-08
3,90E-08
Noyau 1,99
E+241,00E-11
1,00E-10
1,19E-10
Enveloppes
masse (en kg)
concentration des éléments
(ppm)
énergie thermique
produite par chaque élément
(W)énergie totale produite (W)
énergie totale(W)
% par enveloppe
238U/235U
232Th 40K
238U/235U
232Th 40K
238U/235U
232Th 40K
CC1,38
E+221,60E-06
5,80E-06
2,38E-06
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
2,19E+12
2,15E+12
9,16E+11 5,26E+12
CO6,90
E+219,00E-07
2,70E-06
4,76E-07
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
Man-teau
4,00E+24
2,70E-08
9,40E-08
3,90E-08
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
Noyau 1,99
E+241,00E-11
1,00E-10
1,19E-10
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
Enveloppes
masse (en kg)
concentration des éléments
(ppm)
énergie thermique
produite par chaque élément
(W)énergie totale produite (W)
énergie totale(W)
% par enveloppe
238U/235U
232Th 40K
238U/235U
232Th 40K
238U/235U
232Th 40K
CC1,38
E+221,60E-06
5,80E-06
2,38E-06
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
2,19E+12
2,15E+12
9,16E+11 5,26E+12
CO6,90
E+219,00E-07
2,70E-06
4,76E-07
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
6,17E+11
5,01E+11
9,16E+10 1,21E+12
Mant-eau
4,00E+24
2,70E-08
9,40E-08
3,90E-08
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
Noyau 1,99
E+241,00E-11
1,00E-10
1,19E-10
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
Enveloppes
masse (en kg)
concentration des éléments
(ppm)
énergie thermique
produite par chaque élément
(W)énergie totale produite (W)
énergie totale(W)
% par enveloppe
238U/235U
232Th 40K
238U/235U
232Th 40K
238U/235U
232Th 40K
CC1,38
E+221,60E-06
5,80E-06
2,38E-06
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
2,19E+12
2,15E+12
9,16E+11 5,26E+12
CO6,90
E+219,00E-07
2,70E-06
4,76E-07
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
6,17E+11
5,01E+11
9,16E+10 1,21E+12
Mant-eau
4,00E+24
2,70E-08
9,40E-08
3,90E-08
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
1,07E+13
1,01E+13
4,35E+12 2,52E+13
Noyau 1,99
E+241,00E-11
1,00E-10
1,19E-10
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
1,98E+09
5,35E+09
6,61E+09 1,39E+10
Enveloppes
masse (en kg)
concentration des éléments
(ppm)
énergie thermique
produite par chaque élément
(W)énergie totale produite (W)
énergie totale(W)
% par enveloppe
238U/235U
232Th 40K
238U/235U
232Th 40K
238U/235U
232Th 40K
CC1,38
E+221,60E-06
5,80E-06
2,38E-06
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
2,19E+12
2,15E+12
9,16E+11 5,26E+12 16,59
CO6,90
E+219,00E-07
2,70E-06
4,76E-07
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
6,17E+11
5,01E+11
9,16E+10 1,21E+12 3,82
Man-teau
4,00E+24
2,70E-08
9,40E-08
3,90E-08
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
1,07E+13
1,01E+13
4,35E+12 2,52E+13 79,50
Noyau 1,99
E+241,00E-11
1,00E-10
1,19E-10
9,94E-05
2,69E-05
2,79E-05
1,98E+09
5,35E+09
6,61E+09 1,39E+10 0,04
avec 79,5% de contribution à la production d’énergie d’origine interne, c’est le manteau qui est l’enveloppe qui produit le plus d’énergie géothermique par désintégration de ses éléments radioactifs
→ L’énergie thermique a pour origine principale la désintégration des substances radioactives contenues dans les roches, essentiellement dans le manteau.
L’énergie thermique produite est transférée des enveloppes profondes de la Terre vers la surface de la lithosphère et est à l’origine d’un flux géothermique.
C’est donc une réserve renouvelable et inépuisable à l’échelle humaine.
Rappel TP7: Le flux thermique est la quantité d’énergie dissipée par unité de temps et de surface
B - Ses transfertsL’énergie thermique produite est transférée entre les enveloppes profondes de la Terre et la surface de la lithosphère selon deux mécanismes .
1 – La conduction
La conduction est un transfert de chaleur de proche en proche sans déplacement de matière.
0tan25a566025 0tan1a56601 0tan6a56606 0tan11a5660110tan28a566028
0tan9a56609
0tan19a566019
0tan29a566029
0tan9a56609
0tan19a566019
0tan29a566029
0tan9a56609
0tan19a566019
0tan29a566029
Évolution de la température au cours du temps avec source de chaleur haute
T°C en basT°C en haut
Temps en minutes
Tem
péra
ture
s e
n °
C
Fort gradient géothermique
entre le fond et la surface.
Au sein de la Terre, des échanges thermiques par conduction se font entre les profondeurs chaudes et la surface froide.
2 – La convection
La convection est un transfert de chaleur avec un déplacement de matériau qui conserve pratiquement sa température.
Faible gradient géothermique
entre le fond et la surface.
0tan28a566028 0tan4a56604 0tan9a56609 0tan14a5660140tan28a566028
0tan9a56609
0tan19a566019
0tan29a566029
0tan9a56609
0tan19a566019
0tan29a566029
0tan9a56609
Évolution de la température au cours du temps avec source de chaleur basse
T° C en basT°C en haut
Temps en minutes
Tem
péra
ture
en °
C
2 – La convection
La convection est un transfert de chaleur avec un déplacement de matériau qui conserve pratiquement sa température. Ces mouvements de convection sont mis en place quand des variations de densité apparaissent, suite à des différences de températures.
Faible gradient géothermique
entre le fond et la surface.
Le transfert de chaleur par convection est beaucoup plus efficace que par conduction.
0tan25a566025 0tan1a56601 0tan6a56606 0tan11a5660110tan28a566028
0tan9a56609
0tan19a566019
0tan29a566029
0tan9a56609
0tan19a566019
0tan29a566029
0tan9a56609
0tan19a566019
0tan29a566029
Évolution de la température au cours du temps avec source de chaleur haute
T°C en basT°C en haut
Temps en minutes
Tem
péra
ture
s e
n °
C
0tan28a566028 0tan9a56609 0tan19a5660190tan28a566028
0tan9a56609
0tan19a566019
0tan29a566029
0tan9a56609
0tan19a566019
0tan29a566029
0tan9a56609Évolution de la température au cours du
temps avec source de chaleur basse
T° C en basT°C en haut
Temps en minutes
Tem
péra
ture
en °
C
Le géotherme terrestre est la courbe de variation de la température en fonction de la profondeur au sein du globe.
L’augmentation de température en fonction de la profondeur est appelée gradient géothermique :
Le gradient géothermique est en moyenne de 30 °C par km (3°C pour 100m) dans la lithosphère.
C – Répartition du flux géothermique selon le contexte géodynamique
1 - Flux géothermique mondial
Le flux géothermique moyen pour les océans est de 75.6Wm-2 et celui des continents est de 56.1Wm-2
2 – Flux géothermique en France
Gradients et flux géothermiques varient donc selon le contexte géodynamique.
TP7 L’énergie géothermique utilisable par l’homme sera donc variable d’un endroit à un autre.
D – La Terre est une machine thermique
Tomographie sismique
Mouvement descendant froid
Mouvement ascendant chaud
→ confirmation de mouvements de convection mantelliques
Manteau
Limite du noyau
Voir aussi Belin p. 232
La Terre, machine thermique
II – La géothermie: une énergie récupérable par
l’hommeA – Flux géothermique global utilisé à l’échelle mondiale
BRGM
Production mondiale d’électricité par géothermie(BRGM) + Belin p.229
Production mondiale de chaleur par géothermie (BRGM)
Au total la géothermie représente à peine 1% de
la consommation mondiale d’énergie
B – Flux géothermique local utilisé en France
Exploitation pour le chauffage
Exploitation pour l’électricité
Exploitable mais non exploité
Voir aussi Belin p.227
Bassins sédimentaires, aquifères et géothermie de basse énergie
-L’aquifère du Dogger qui peut alimenter l’IdF de Melun à Paris et Meaux, se situe sous l’isotherme 60° et au-dessus de l’isotherme 100°, donc sa T° avoisine 75°C
Régions géologiques actives et géothermie de haute énergie
Énergie géothermique est récupérable partout, économique et inépuisable
Ex: Soultz-Sous-Forêts
Ex: Bouillante en Guadeloupe
Conclusion :La Terre est une machine thermique, elle libère de l’énergie provenant de la désintégration des substances radioactives des roches. Cette énergie est transférée par convection dans le manteau et par conduction dans la lithosphère. Elle est à l’origine de la tectonique des plaques.
L’énergie géothermique est récupérable et utilisable par l’homme, cependant elle est variable d’un endroit à un autre, selon leur contexte géodynamique.
Le prélèvement éventuel d’énergie par l’homme ne représente qu’une infime partie de ce qui est dissipée : on peut donc considérer que cette énergie est une ressource inépuisable à l’échelle humaine.