Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

THEME 2 A : Enjeux planétaires contemporains

Chapitre 1 : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

Introduction : on cherche à comprendre le fonctionnement de la planète d’un point de vue thermique et à préciser l’utilisation par l’Homme de cette ressource naturelle.

I Flux géothermique et contextes géodynamiques

1°) les notions de gradient et flux géothermiques

En Alsace à Soultz une installation géothermique produit de l'électricité à partir de l'eau chaude pompée en profondeur dans le sous-sol et globalement la température augmente avec la profondeur : cela constitue le gradient géothermique et il est de l'ordre de 30° par kilomètre mais il peut être beaucoup plus élevé. Il existe donc un transfert thermique entre la profondeur et la surface de la Terre : c'est le flux géothermique (correspondant à la quantité d'énergie traversant une unité de surface par unité de temps).

Le gradient et le flux géothermique sont variables d'une région à une autre : en général le flux géothermique est plus élevé dans les domaines océaniques que continentaux et il est maximal au niveau des dorsales. Dans les zones de subduction le flux thermique est faible ; au niveau des arcs volcaniques le flux géothermique est un général élevé. On peut donc dire que le gradient et le flux géothermique varient selon le contexte géodynamique.

2°) l'origine du flux géothermique

L’énergie produite par la Terre provient de la désintégration de certains isotopes radioactifs comme l'uranium (238U et 235U), le thorium (232Th) et le potassium (40K). La répartition de ces éléments radioactifs est inégale suivant l'enveloppe mais l'essentiel provient du manteau (70 %) et de la croûte continentale (24 %). On constate que la production d'énergie est inférieure à la libération d'énergie par la Terre : cela indique que la terre se refroidit.

II les modalités des transferts thermiques dans la Terre

1°) la conduction

Dans ce cas le transfert thermique s'effectue de proche en proche au niveau atomique sans déplacement du matériau et l'efficacité de ce transfert dépend de la nature du matériau : on constate que l'augmentation de la température avec la profondeur est quasi constante.

2°) la convection

Dans ce cas le transfert thermique s'effectue par déplacement de matière : un matériau plus chaud en profondeur devient moins dense et il s'élève ; lorsqu'il arrive près de la surface il s'étale et se refroidit, il devient plus dense et donc il redescend. Il se constitue une cellule de convection et la température est très homogène dans le matériau sauf près de ses surfaces d'échauffement et de refroidissement (le gradient géothermique est donc très faible). La convection est donc beaucoup plus efficace que la conduction pour le transfert thermique.

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