Transcript Ch. 5 géothermie et propriétés thermiques de la terre

Thème 1
La Terre dans l’Univers, la vie, l’évolution du vivant
Thème 2
Enjeux planétaires contemporains
Thème 2A - Géothermie et propriétés
thermiques de la terre
Baignade à Blue Lagoon à Reykjavik en Islande
Manifestations naturelles de l’énergie interne de la Terre
Éruption volcanique au Chili
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°C
Quelle est l’origine de cette énergie interne et quelles utilisations l’homme
peut-il en faire ?
I – L’énergie interne de la Terre :
une énergie renouvelable
A – Son origine
Livre doc 1 et 2 page 228 : Calculez l’énergie thermique
produite par chacune des enveloppes terrestres.
Concluez
Envelop
pes
CC
CO
Manteau
Noyau
mas
se
(en
kg)
1,38
E+22
6,90
E+21
4,00
E+24
1,99
E+24
énergie
thermique
concentration
produite par
des éléments
chaque élément
énergie totale
(ppm)
(W)
produite (W)
238U
238U
238U
/235 232
/235 232
/235 232
U
Th 40K U
Th
40K U
Th
40K
1,60 5,80 2,38
E-06 E-06 E-06
9,00 2,70 4,76
E-07 E-06 E-07
2,70 9,40 3,90
E-08 E-08 E-08
1,00 1,00 1,19
E-11 E-10 E-10
énergie
totale
(W)
% par
enveloppe
Envelop
pes
CC
CO
Manteau
Noyau
mas
se
(en
kg)
1,38
E+22
6,90
E+21
4,00
E+24
1,99
E+24
concentration
des éléments
(ppm)
238U
/235 232
U
Th 40K
1,60 5,80 2,38
E-06 E-06 E-06
9,00 2,70 4,76
E-07 E-06 E-07
2,70 9,40 3,90
E-08 E-08 E-08
1,00 1,00 1,19
E-11 E-10 E-10
énergie
thermique
produite par
chaque élément
(W)
238U
/235 232
U
Th
40K
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
énergie totale
produite (W)
238U
énergie
/235 232
totale
U
Th
40K
(W)
2,19 2,15 9,16
E+12 E+12 E+11 5,26E+12
% par
enveloppe
Envelop
pes
CC
CO
Manteau
Noyau
mas
se
(en
kg)
1,38
E+22
6,90
E+21
4,00
E+24
1,99
E+24
concentration
des éléments
(ppm)
238U
/235 232
U
Th 40K
1,60 5,80 2,38
E-06 E-06 E-06
9,00 2,70 4,76
E-07 E-06 E-07
2,70 9,40 3,90
E-08 E-08 E-08
1,00 1,00 1,19
E-11 E-10 E-10
énergie
thermique
produite par
chaque élément
(W)
238U
/235 232
U
Th
40K
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
énergie totale
produite (W)
238U
énergie
/235 232
totale
U
Th
40K
(W)
2,19 2,15 9,16
E+12 E+12 E+11 5,26E+12
6,17 5,01 9,16
E+11 E+11 E+10 1,21E+12
% par
enveloppe
Envelop
pes
CC
CO
Manteau
Noyau
mas
se
(en
kg)
1,38
E+22
6,90
E+21
4,00
E+24
1,99
E+24
concentration
des éléments
(ppm)
238U
/235 232
U
Th 40K
1,60 5,80 2,38
E-06 E-06 E-06
9,00 2,70 4,76
E-07 E-06 E-07
2,70 9,40 3,90
E-08 E-08 E-08
1,00 1,00 1,19
E-11 E-10 E-10
énergie
thermique
produite par
chaque élément
(W)
238U
/235 232
U
Th
40K
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
énergie totale
produite (W)
238U
/235 232
U
Th
40K
2,19 2,15 9,16
E+12 E+12 E+11
6,17 5,01 9,16
E+11 E+11 E+10
1,07 1,01 4,35
E+13 E+13 E+12
1,98 5,35 6,61
E+09 E+09 E+09
énergie
totale
(W)
5,26E+12
1,21E+12
2,52E+13
1,39E+10
% par
enveloppe
Envelop
pes
CC
CO
Manteau
Noyau
mas
se
(en
kg)
1,38
E+22
6,90
E+21
4,00
E+24
1,99
E+24
concentration
des éléments
(ppm)
238U
/235 232
U
Th 40K
1,60 5,80 2,38
E-06 E-06 E-06
9,00 2,70 4,76
E-07 E-06 E-07
2,70 9,40 3,90
E-08 E-08 E-08
1,00 1,00 1,19
E-11 E-10 E-10
énergie
thermique
produite par
chaque élément
(W)
238U
/235 232
U
Th
40K
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
9,94 2,69 2,79
E-05 E-05 E-05
énergie totale
produite (W)
238U
/235 232
U
Th
40K
2,19 2,15 9,16
E+12 E+12 E+11
6,17 5,01 9,16
E+11 E+11 E+10
1,07 1,01 4,35
E+13 E+13 E+12
1,98 5,35 6,61
E+09 E+09 E+09
énergie
totale
(W)
% par
avec 79,5% de contribution à la
enveloppe
production d’énergie d’origine
16,59
5,26E+12
interne, c’est le manteau qui est
l’enveloppe qui produit le plus 1,21E+12 3,82
d’énergie géothermique par
2,52E+13 79,50
désintégration de ses éléments
0,04
1,39E+10
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 transferts
L’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.
Évolution de la température au cours du temps
avec source de chaleur haute
90
Fort gradient
géothermique entre
le fond et la
surface.
Températures en °C
Au sein de la Terre, des échanges thermiques par conduction
80
se font
entre les profondeurs chaudes et la surface froide.
70
60
50
T°C en bas
40
T°C en haut
30
20
10
0
-3
2
7
Temps en minutes
12
2 – La convection
La convection est un
transfert de chaleur
avec un déplacement
de matériau qui
conserve
pratiquement sa
température.
70
Faible gradient
géothermique entre
le fond et la
surface.
Évolution de la température au cours du temps avec
source de chaleur basse
Température en °C
60
50
40
T° C en bas
30
T°C en haut
20
10
0
0
5
10
Temps en minutes
15
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.
Ces mouvements de convection sont mis en place
quand des variations de densité apparaissent, suite à
des différences de températures.
Évolution de la température au cours du temps
avec source de chaleur haute
90
Températures en °C
80
70
60
50
T°C en bas
40
T°C en haut
30
20
10
0
-3
2
7
Temps en minutes
12
Température en °C
Évolution de la température au cours du temps
70
avec source de chaleur basse
60
50
40
T° C en bas
30
T°C en haut
20
10
0
0
5
10
Temps en minutes
15
Le transfert de chaleur par convection est beaucoup
plus efficace que par conduction.
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
Voir aussi Belin p. 232
Manteau
Limite du noyau
Mouvement
descendant froid
Mouvement
ascendant chaud
→ confirmation de mouvements de convection mantelliques
La Terre, machine thermique
II – La géothermie: une énergie
récupérable par l’homme
A – Flux géothermique global utilisé à l’échelle mondiale
BRGM
Production mondiale d’électricité
par géothermie
(BRGM) + Belin p.229
Au total la géothermie
représente à peine 1% de la
consommation mondiale
d’énergie
Production mondiale de chaleur
par géothermie (BRGM)
B – Flux géothermique local utilisé en France
Exploitable mais non
exploité
Exploitation pour
l’électricité
Exploitation pour
le chauffage
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
Ex: SoultzSous-Forêts
Ex: Bouillante
en Guadeloupe
 Énergie géothermique est récupérable partout, économique et inépuisable
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.