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SITUATION DECLENCHANTE Carte mondiale du flux géothermique En Islande dans le « le blue lagoon », leau est maintenue toute lannée à 40°C grâce aux eaux.

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2 SITUATION DECLENCHANTE Carte mondiale du flux géothermique En Islande dans le « le blue lagoon », leau est maintenue toute lannée à 40°C grâce aux eaux rejetées par la centrale géothermique voisine qui puise, à 2000 m de profondeur, de leau à 240°C. En Nouvelle Zélande, le geyser Pohutu éjecte de leau très chaude et de la vapeur à plus de 20 mètres de haut, au moins une fois toutes les heures. Quest-ce que le flux géothermique? Citez-en des manifestations de surface dans les zones à flux géothermique élevé.

3 PROBLEMATIQUE Par quel(s) mécanisme(s) se réalise la dissipation de lénergie interne du globe à lorigine de linégale répartition du flux géothermique.

4 OBJECTIF Définir les différents types possibles de transfert dénergie thermique au sein du globe terrestre; Modéliser deux types de transfert dénergie thermique afin détablir leur efficacité relative dans le cadre dune dissipation de chaleur par la surface du globe. Exploiter les mesures expérimentales pour déterminer le(s) mode(s) de transfert thermique au niveau de chaque enveloppe terrestre. Expliquer alors linégale répartition du flux géothermique observé à la surface du globe.

5 CONSIGNE Afin de déterminer le mode de transfert le plus efficace pour dissiper la chaleur interne de la Terre: Schématiser le dispositif expérimental proposé et indiquer, en justifiant, quel mode de transfert de chaleur peut ainsi être modélisé. Voir Fiche Dispositif expérimental Construire, avec le matériel proposé, un dispositif expérimental permettant de modéliser lautre mode de transfert. Indiquer comment on peut calculer le gradient thermique dans ces deux dispositifs, sachant que le gradient géothermique est la variation de température par unité de distance dans une enveloppe terrestre. Réaliser les mesures en mode conductif et en mode convectif en utilisant les dispositifs expérimentaux reliés à une interface EXAO. Voir Fiche Protocole de mesure Tracer à laide du fichier Excel (TP8-TS-13-GEOLgéothermie), les 2 courbes suivantes, sur un même graphique - lévolution du gradient thermique en fonction du temps selon le mode de transfert par conduction -lévolution du gradient thermique en fonction du temps selon le mode de transfert par convection afin dévaluer le gradient thermique maximal obtenu pour chaque mode de transfert Déterminer le mode de transfert dénergie thermique le plus efficace, sachant que la dissipation dénergie est dautant plus importante que le gradient thermique est faible. Afin de définir les types de transfert dénergie thermique:. Indiquer en quoi le modèle proposé en vidéo ne correspond pas à un transfert dénergie thermique par conduction. Définir alors ce deuxième mode de transfert. Voir Fiche Modèle analogique

6 CONSIGNE suite Afin de déterminer le mode de transfert pour chaque enveloppe ou zone de discontinuité terrestre: sous la forme dun tableau Préciser au niveau des différentes enveloppes et zones de discontinuité terrestres, la valeur et le niveau du gradient géothermique (en °C/Km, fort, moyen, faible) et ainsi, en relation avec les résultats expérimentaux, le mode de transfert de chaleur pour chaque niveau. Voir Fiche Gradient géothermique moyen Indiquer alors les enveloppes et zones de discontinuités qui participent activement au refroidissement du globe terrestre, ou au contraire celles qui ralentissent ce refroidissement. Afin dexpliquer linégale répartition du flux géothermique à la surface du globe : Exploiter les images de tomographie sismique pour confirmer le mode de transfert de lénergie thermique au sein de lasthénosphère. Voir Fiche Données de tomographie sismique Expliquer alors en quoi ce mode de transfert est à lorigine de linégale répartition du flux géothermique et le moteur de la tectonique des plaques.

7 Modèle analogique de transfert par convection Modèle analogique de transfert par convection Protocole expérimental de mesure de la conduction et de la convection. Protocole expérimental de mesure de la conduction et de la convection. Utilisation dun tableur: Excel Utilisation dun tableur: Excel Géotherme moyen terrestre hypothétique Géotherme moyen terrestre hypothétique Données de tomographie sismique Données de tomographie sismique Consigne Dispositif expérimental modélisant un type de transfert thermique Dispositif expérimental modélisant un type de transfert thermique

8 Protocole expérimental de mesure de la conduction et de la convection Ressources Consigne Dans « Atelier scientifique », sélectionnez lapplication « Module généraliste ». Placez en ordonnée les boitiers thermométriques 1 et 3. Pour chacun des boitiers, configurez les paramètres de lAffichage en sélectionnant une couleur foncée et des « points » daspect différent pour chacune des 2 courbes. Placez en abscisse licône du « temps », configurez la durée dacquisition sur 7 minutes, puis sur 22 pour le nombre de points. Au moment de lancer les mesures, mettez en marche le bain-marie avec le thermostat sur 80°C. Appelez le professeur avant de lancer les mesures

9 Les différents modes de transfert dénergie au sein du globe terrestre Ressources Consigne Les deux types possibles de transfert thermique dans un matériau sont la conduction et la convection. La conduction correspond à un transfert dénergie thermique dans un solide ou un fluide réalisé de proche en proche par transmission dune agitation des atomes mais sans déplacement de ces derniers. Modèle analogique de convection

10 Ressources Dispositif expérimental modélisant un type de transfert thermique Consigne A la place de « thermomètres alcool » on utilisera des sondes thermiques reliées à une interface Exao.

11 Ressources Utilisation du tableur Excel Consigne Reportez par un copier/coller les valeurs dans les colonnes du fichiers Excel et marquez la formule permettant dobtenir le gradient thermique (tenir compte de lécartement des sondes). Formule du calcul du gradient à inscrire

12 Ressources Géotherme moyen terrestre hypothétique Consigne

13 Ressources Tomographie sismique sur une profondeur de 1000 km selon la coupe Amérique-Afrique Consigne

14 La Tomographie sismique

15 La Tomographie sismique (suite) Ressources


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