Baignade à Blue Lagoon à Reykjavik en Islande

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°C Mine de potasse en Alsace à 700m de profondeur ; température = 50°CQuelle 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

0tan9a566090tan19a5660190tan29a566029

0tan9a566090tan19a5660190tan29a566029

0tan9a566090tan19a5660190tan29a566029

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 en

°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 convectionLa 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

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

2 – La convectionLa 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

0tan9a566090tan19a5660190tan29a566029

0tan9a566090tan19a5660190tan29a566029

0tan9a566090tan19a5660190tan29a566029

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 en

°C

0tan28a566028 0tan9a56609 0tan19a5660190tan28a566028

0tan9a566090tan19a5660190tan29a566029

0tan9a566090tan19a5660190tan29a566029

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 thermiqueTomographie 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.