Transcript tp8 la géothermie, une ressource potentielle locale

TP8 Pourquoi pas de
géothermie à Nogent ?
Installations
géothermiques
en Ile de
France
http://www.iledefrance.fr/uploads/tx_base/brochure_complete.pdf
Ingénieur en géothermie, la société qui
vous emploie vous a donné pour mission de
convaincre les élus de la ville de Nogent sur
Marne, que la géothermie est une source
d’énergie renouvelable et inépuisable à
notre échelle.
Elle est donc une alternative intéressante à
l’utilisation des énergies fossiles polluantes,
chères et de plus en plus rares, pour
chauffer les immeubles et établissements
collectifs, ainsi que les maisons individuelles.
Consigne
Afin de convaincre les élus de Nogent sur Marne
d’utiliser une ressource énergétique « propre » telle
que la géothermie pour le chauffage des habitations,
vous exploiterez les documents à votre disposition
(ainsi que votre exercice) et modéliserez les
phénomènes responsables des transferts d’énergie
dans la Terre pour montrer que cette source
d’énergie est renouvelable et inépuisable.
Votre réponse argumentée inclura un graphique tiré
de vos résultats expérimentaux, interprétés, et mis
en relation avec le principe de la géothermie utilisable
par l’homme.
Durée : 1h 20
Exercice Belin p.229
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
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
avec 79,5% de contribution à la
concentration
production
d’énergieénergie
d’origine
des éléments
totale
(ppm)
produite (W)
mas
interne,
c’est le manteau
quiénergie
238U
se 238U
232
/235 232
totale
% par
(en /235
est
l’enveloppe
qui
produit
le
Th 40K
U
Th
40K
(W)
enveloppe
kg) U
1,38 1,60
5,80 2,38
2,19 2,15 9,16
plus
d’énergie
géothermique
E+22 E-06 E-06 E-06
E+12 E+12 E+11 5,26E+12 16,59
par
désintégration
de
6,90 9,00
2,70 4,76
6,17 ses
5,01 9,16
3,82
E+21 E-07 E-06 E-07
E+11 E+11 E+10 1,21E+12
éléments
radioactifs
4,00 2,70 9,40 3,90
1,07 1,01 4,35
E+24 E-08 E-08 E-08
E+13 E+13 E+12 2,52E+13 79,50
→ Réserve renouvelable
et
1,99 1,00 1,00 1,19
1,98 5,35 6,61
0,04
E+24
E-11 E-10 E-10
E+09 E+09 E+09 1,39E+10
inépuisable
à l’échelle
humaine
Document 4 : les 2 modes de transfert de chaleur dans un milieu
La conduction : transfert de chaleur dans un solide ou un fluide, qui
résulte de la différence de chaleur dans 2 régions d’un même milieu
et qui se réalise sans déplacement de matière. L’énergie thermique
se transmet de proche en proche par modification de l’agitation des
atomes. C’est le mode de propagation de la chaleur dans la
lithosphère.
La convection : transfert de chaleur avec déplacement de matière
dans le milieu, lié à des différences de densité. La convection assure
le transfert de la chaleur dans le manteau.
Document 5 : montage à réaliser pour comparer l’efficacité de ces 2 modes
de transfert de chaleur
Montage 1 : modélisation de la
convection
Source de chaleur placée au fond
Le thermomètre du bas ne doit
toucher ni la résistance, ni le fond
de la cuve.
Ne pas « coller » le polystyrène sur
la résistance
Montage 2 : modélisation de la
conduction
Source de chaleur placée en surface
Le thermomètre du haut ne doit pas
toucher la résistance.
Le thermomètre du bas ne doit pas
toucher le fond de la cuve. Même
remarque pour le polystyrène.
Modélisation des transferts de chaleur: résultats
Évolution de la température au cours du
temps avec source de chaleur haute
90
80
60
50
40
T° C en bas
30
T°C en haut
20
10
Températures en °C
Température en °C
70
Évolution de la température au cours du temps
avec source de chaleur basse
70
60
50
T°C en bas
40
T°C en haut
30
20
10
0
0
5
10
Temps en minutes
15
0
0
5
10
Temps en minutes
Interpréter et conclure sur l’efficacité de ces 2 modes de transfert de chaleur.
Mettre en relation vos résultats avec le transfert de l’énergie thermique dans
les enveloppes du globe terrestre.
Document 1
Doc.1 :
-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
-L’aquifère du
Lusitanien, à l’aplomb
des mêmes villes, est
situé juste au-dessus
de l’isotherme 60°,
donc sa T° doit être ≈
Ce bassin sédimentaire comporte cinq grands aquifères, 50°.
dont le Dogger s’étend sur plus de 15 000 km2 avec des
-L’aquifère du
températures variant de 56 à 85°C. Ce réservoir assure
crétacé, moins
aujourd’hui le fonctionnement de 34 installations
profond doit avoir une
géothermales.
T° ≈ 30°C.
http://www.geothermie-perspectives.fr/07-geothermie-france/02-basse-energie.html
Document 2a: températures des aquifères en France
Doc.2a : pour le BP,
l’aquifère à + de 70°C
est le + présent, donc le
+ exploitable
http://svt.ac-montpellier.fr/spip/IMG/jpg/12geothermie1.jpg
Document 2b: carte des températures de l’aquifère du Dogger en Ile de France
Doc.2b : Sous Nogent l’aquifère du Dogger à une T° = 65-70°C,
comme dans toutes les communes du 94 où des équipements
collectifs et des maisons sont chauffées avec la géothermie,
donc l’utilisation de cette source d’énergie est possible aussi à
Nogent !
http://www.iledefrance.fr/uploads/tx_base/brochure_complete.pdf
Document 3: Géothermie de basse énergie utilisable par l’homme
Pour la géothermie de basse énergie, la température des nappes est comprise entre 30 et
150 °C.
En France, les régions Ile-de-France et Aquitaine ont développé l’utilisation de cette
source énergétique, des réseaux de chaleur alimentés par géothermie chauffant près de
200 000 logements.
Doc.3 : confirmation que si
la T° des nappes d’eau est
comprise entre 30 et 150°C,
la géothermie pour chauffer
les logements est utilisable,
ainsi que pour les utilisations
industrielles, le thermalisme
ou la balnéothérapie (celle-ci
se fait à Champigny).
Selon le niveau de température, on distingue différents types de
géothermie, auxquels correspondent différents usages
Type de
géothermie
Caractéristiques du ‘réservoir’
Utilisations
Nappe à moins de 100 m
Température < à 30°C
Chauffage et
rafraîchissement de locaux, avec
pompe à chaleur
Basse énergie
30°C < Température < 150°C
Chauffage urbain, utilisations
industrielles, thermalisme,
balnéothérapie
Moyenne et
Haute énergie
180°C < Température < 350°C Production d’électricité
Géothermie
profonde
Roches chaudes sèches à plus Au stade de la recherche, pour
de 3 000 m de profondeur
l’électricité ou le chauffage
Très basse
énergie
http://www.ademe.fr/midi-pyrenees/a_2_15.html
Conclusion
Deux mécanismes de transfert thermique existent dans la Terre : la
convection et la conduction. C’est ce dernier mode de transfert qui a lieu dans
la lithosphère, où l’homme peut récupérer une infime partie de la chaleur ainsi
dissipée.
Nogent, comme Champigny ou Bonneuil, pourrait utiliser sans problème
l’énergie géothermique localement fournie par l’aquifère du Dogger (nappe
d’eau souterraine datée du Jurassique, ère 2re), dont l’eau est à environ 65°C.
Cette eau pourrait ainsi chauffer les logements et serait une énergie
renouvelable, propre et inépuisable à l’échelle humaine.
Il n’y a donc pas que les régions volcaniques qui peuvent récupérer cette
énergie ; les bassins sédimentaires avec leurs aquifères, le peuvent aussi.
L'énergie géothermique utilisable par l'Homme est donc variable d'un endroit
à l'autre, grâce aux moyens techniques nouveaux qui permettent même
d’utiliser la très basse énergie.