Dm géothermie terminal S

1. Le flux de chaleur sur Terre

A  la surface de la Terre, 2 sources d'énergie inépuisable à l'échelle humaine existent.  Tout d'abord, il y a l'énergie solaire. Elle est à la base même de la vie et des climats sur la planète. Elle est exploitée pour produire de l'électricité. L'autre source d'énergie, moins connue, est l'énergie géothermique. L'énergie géothermique désigne l'énergie provenant de la chaleur contenue dans la croûte terrestre et dans les couches superficielles de la terre. Elle est d'origine interne et génère un flux thermique se dirigeant à la surface.

Nous nous demanderons  quelle est l’origine de la répartition du flux de chaleur à la surface du Globe.

Dans un premier temps, nous évoquerons le flux de chaleur sur Terre. Dans un second temps, nous verrons la répartition de la chaleur en surface du flux de chaleur. Enfin, nous allons voir la part de la radioactivité dans l’énergie interne du Globe.

En premier lieu, nous évoquerons la distribution en profondeur de la chaleur interne.

Tout d'abord, le document 1p 244 évoque l'origine de la chaleur interne du globe. En effet, elle provient de la désintégration naturelle des isotopes radioactifs de certains éléments chimiques qui sont présents dans le roche de la Terre : l'uranium (238U et 235U),  le thorium (232Th) et le potassium ( 40K).

Ensuite, le document 3p245 illustre deux mécanismes différents de transfert de chaleur dans un milieu : la conduction et la convection. La conduction est un transfert de chaleur de proche en proche, avec absence de déplacement de matière, dans un solide ou dans un fluide. L’échange thermique s’effectue entre deux régions de température différentes. D’après le document A p246, on peut observer la conduction grâce au gradient géothermique (augmentation de température constatée dans le sous-sol à mesure que l'on s'éloigne de la surface). on peut voir le transfert d’énergie thermique au sein du globe terrestre, on peut remarquer que la température est faible après le manteau supérieur donc on suppose donc il y a un autre mécanisme qui explique la répartition est inégale à la surface du globe.

Le document 1 p246 nous montre l'évolution du gradient géothermique (augmentation de température constatée dans le sous-sol à mesure que l'on s'éloigne de la surface) avec la profondeur. Ce document est à relier avec le document 4 p245, qui illustre l'efficacité des transferts d’énergie thermique par conduction et convection. Les valeurs obtenues du montage ExAO, concernant la conduction, nous permettent d'obtenir le graphique suivant :

D'après le graphique, le gradient de température ( différence de température entre les 2 sondes), en fin d’expérience, est de 58,7 °C pour 11 cm (distance séparant les 2 sondes thermométriques), soit de 5,33 °C.cm-1 . Il y a une très mauvaise diffusion de la chaleur entre la source et le fond car les zones denses sont en bas et les zones peu denses en haut. Il y a une très mauvaise diffusion de la chaleur entre la source et le fond car les zones denses sont en bas et les zones peu denses en haut. Ainsi, d'après le document 1 p246, les  zones où la température subit de brusques changements sont : la limite noyau/manteau inférieur, la limite manteau inférieur/manteau supérieur et la limite asthénosphère/lithosphère.    

Ces zones correspondent alors à la conduction.

  La convection, correspond à un transfert de chaleur mettant en mouvement la matière. La convection se met en place lorsqu’un matériau chaud et peu dense est surmonté par un matériau  froid et plus dense. La matière chaude moins  dense  s’élève sans  perdre de chaleur et refroidit  à la surface. La diminution de chaleur augmente la densité, ce qui implique un replongement de la matière plus froide, en profondeur. On peut l’observer grâce à la modélisation analogique de convection.

Nous pouvons faire de même pour analyser les zones où s'effectuent la convection. D'après le document 4 p 245, les valeurs obtenues du montage ExAO, concernant la convection, nous permettent d'obtenir le graphique suivant :

Dans ce graphique, le gradient de température (flèche noire sur le graphique) est très faible en fin d’expérience : 2.6°C pour 11 cm, soit 0.24°C.cm-1 . La chaleur diffuse bien entre le bas et le haut, il y existe donc un bon transfert de chaleur. Ce transfert de chaleur est permis par la mise en mouvement du liquide : il s’agit de convection. D'après le document 1 p 246, la conduction est présente dans les zones du globe où la température évolue peu : graine, noyau et manteau inférieur.  

D’après Google Earth, la convection se fait également au niveau des dorsales. Il y a un phénomène de subduction et la convection est remarquable par les arcs volcaniques  dont on peut remarquer la présence de point chaud. On peut aussi observer l’enfoncement de la matière plus froide lorsqu'elle s'éloigne de la dorsale.

Nous avons vu que la distribution en profondeur de la chaleur interne s’effectue par un mouvement de convection et conduction. À présent, nous allons étudier la répartition en surface du flux de chaleur.

D'après le fichier Excel,

Nous pouvons observer que  la valeur moyenne du flux de chaleur en surface pour les continents est bien inférieure que celle pour les océans (75,6 mW/m² en surface pour les océans et

56,1 mW/m² pour les continents). Cette répartition du flux de chaleur est inégale du à la présence de dorsale qui font remonter par convection la chaleur interne du Globe. On peut l’observer sur Google Earth ci-dessous.

Nous avons vu que les flux de chaleur se situaient principalement au niveau des croûtes océaniques grâce aux dorsales. Maintenant, nous allons étudier la part de la radioactivité dans l’énergie interne du Globe.

Nous pouvons voir que 2/3 de la chaleur totale dégagée par la Terre par radioactivité provient

du manteau terrestre, 26,30 % de la croûte continentale, 6,18 % pour la croûte océanique et 0,06 % pour le noyau. Une infime partie de la chaleur dégagée provient également des impacts des différents corps célestes au cours de la formation de la Terre par accrétion ( constitution et l'accroissement d'un corps, d'une structure ou d'un objet par apport ou agglomération de matière, généralement en surface ou en périphérie de celui-ci ). Même si le manteau est moins concentré en ces isotopes radioactifs, dégageant moins de chaleur par unité de surface, que la croûte continentale et océanique ( la chaleur dégagée par le manteau est de 5,70*10-12 W/kg alors qu'elle est d'un ordre de grandeur de 10-10 pour la croûte océanique et continentale), elle dégage néanmoins plus de chaleur, du fait de sa masse énorme (2,89*1014 kg) comparée aux croûtes continentales (1,65*1022 kg) et océaniques (8,88*1021 kg). Cela permet donc au manteau d'être un élément essentiel dans la production interne d'énergie.

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