FA2 : correction

II/ Origine du flux thermique et transfert d’énergie

1. Origine du flux thermiqueUne partie de la chaleur de la

Terre est une relique de saformation, il y a 4,55 milliardsd'années.

Pour donner naissance à laTerre, des poussières, des gaz,des roches flottant dans labanlieue du tout jeune soleil sesont assemblées par accrétion.Au centre, dans le noyau, uneénergie considérable s'estaccumulée dans la masse. Ellecorrespond à l'énergiepotentielle issue de lacondensation de la planète

Pourtant, la chaleur dégagée par notre globe n'a pas pour principal responsable le refroidissement deson noyau, mais la désintégration des éléments radioactifs présents dans ses roches : uranium, thorium,potassium, etc. 90% de l'énergie dissipée provient en effet de ce mécanisme. La chaleur émise par lafission varie avec la composition chimique des roches : elle est environ trois fois plus élevée, parexemple, pour les granites que pour les basaltes.

Elle varie aussi selon l'âge des roches, raison pour laquelle les gradients géothermiques sont plusélevés dans les plates-formes jeunes, comme en France et en Europe du Sud, que dans les socles anciens,comme en Scandinavie.

De par son volume, le manteau constitue la plus grande source d'éléments radioactifs, bien que leurconcentration y soit inférieure à celle de la croûte.

La plus grande partie de la chaleur interne de la Terre (75 %) provient de la désintégration naturelle desisotopes radioactifs de certains éléments chimiques dont sont formées les roches.Du fait de leurs différences de composition, les roches des différentes enveloppes de la Terre necontribuent pas de manière équivalente à la libération de chaleur par radioactivité.C’est le manteau qui participe essentiellement à la production de cette chaleur.

Comment la chaleur est-elle transférée vers la surface ?

2. Transferts d’énergie.

a) Les modes de transfert d’énergie dans un milieu (doc 3/4 page 245)

Expériences :Conduction Convection

L'énergie géothermique peut être transférée selon deux modes :

-Par conduction, c’est un transfert de chaleur de proche en proche sans mouvement de matière, commeon l'observe dans un fluide chauffé par son sommet.L’efficacité de ce transfert dépend du gradient géothermique (différence de température) et de laconductivité thermique des roches.

- Par convection, correspond à un transfert de chaleur impliquant des mouvements de matière, commeon peut l'observer dans un fluide chauffé par sa base.Les mouvements sont initiés par des différences de densité, contrôlés entre autres par la température.La matière chaude, moins dense que la matière froide, est animée de mouvements ascendants. En surface,elle s'étale latéralement et se refroidit. Devenue plus lourde, elle redescend et plonge en profondeur.Ces échanges de matière ont été identifiés par tomographie sismique (voir 1S) et ont mis en évidence desflux de matière circulaires formant des cellules de convection. La convection est donc un moyen trèsefficace pour véhiculer l'énergie thermique.

Sonde 1

Sonde 2

b) Transfert d’énergie et dynamique interne du globe.

- Le géotherme du globe (doc 1/2 page 246) : Au sein de la planète, le géotherme fait apparaître desgradients géothermiques différents en fonction de la profondeur

Les phénomènes de convection et deconduction permettent de diffuser la chaleurinterne vers l’extérieur.

- Dans la lithosphère, elle est transmise parconduction : cela se traduit par un fort gradientgéothermique de 10 à 20°C par Km de descente.La température à la surface est de 15°C alorsque celle à la base de la lithosphère est de1300°C.

- Dans le manteau, l’énergie thermique esttransmise par convection : Le gradientthermique du manteau est faible, avec enmoyenne 1°C par Km de descente. On estimede manière encore peu précise la températuredu noyau à 5000°C.

On note la nette augmentation au niveau de lacouche de transition D’’, à la limite manteau/noyau.

-

1 : Un apport de chaleur ( ici en provenance dunoyau par conduction) fait qu’un volume dematière profonde se trouve plus chaud , donc pardilatation, moins dense que son environnement.2 : Ce volume remonte sous l’effet de la pousséed’Archimède.La remontée s’effectue presque adiabatique sanséchange de chaleur avec l’environnement.En effet, la convection ne se met en place que dansdes conditions où la conduction est peu efficace.La différence de température, donc de densité duvolume de matière avec son environnement,s’accentue. La remontée est ainsi de plus en plusefficace.3/4 : Le volume de matière arrive dans une zone oùla remontée par convection devient mécaniquementimpossible (couche limite). (Lithosphère rigide)Il se déplace latéralement. Au cours de sa migrationlatérale (advection), il cède par conduction lachaleur emmagasinée.

5/6 : Devenu plus froid, donc plus dense que son environnement, le volume retombe par des mécanismessymétriques des précédents.Parvenu à la couche limite inférieure, il migre latéralement (couche D’’)et se réchauffe par conduction.

c) Vers un modèle global : (Doc page 247)

Tomographique au niveau d’un point chaud.

Ainsi, l’activité thermique de la Terre s’inscrit dans le processus de tectonique des plaques. Lesconséquences de cette activité interne se manifestent en surface par :

- La production de lithosphère au niveau des remontées de matière dans les zones d’accrétion océanique(dorsales), au niveau des points chauds (remontées de manteau profond)- La disparition de plaques lithosphériques couplées aux zones de subduction « froides »- Le couplage entre le mouvement des plaques et les mouvements de convection du manteau sous-jacent.

La chaleur terrestre se dissipe très progressivement grâce aux mécanismes de convection et deconduction. Elle est basée sur la désintégration d’atomes radioactifs dont l’activité perdurera encoreplusieurs centaines de millions d’années (renouvelable à l’échelle humaine).

Panachemantelliqueprofond.

BILAN :

Notre planète est constituée de quatre couches internes concentriques:

Au centre, le noyau solide, situé à 6 370 Km en dessous de la surface, abrite des températures quis’élèvent jusqu’à 4 200 °CAutour du noyau solide, le noyau liquide avoisine les 3 500 °C et se situe à 5 200 km sous nos piedsLe manteau constitue la troisième couche, à 2 900 km sous le sol, a une température de 3 000 °CLa croûte terrestre constitue la couche extérieure à 1 000 °C et se situe à 30-60 km de profondeur

Pour simplifier, la Terre peut être considérée comme une sphère dans laquelle existe une convection àdeux étages :- Une convection très lente à l'état solide pour le manteau,- Une convection très rapide à l'état liquide dans le noyau externe.

NB : la couche D’’ représente une zoneinstable à la limite Noyau / manteau quiserait à l’origine des panachesmantelliques à l’origine des points chauds(Hors programme)

Matériel froid issu des zones desubduction

Panache mantellique

La géothermie permet de valoriser cet exceptionnel gisement de chaleur renouvelable