Thème 2 Enjeux planétaires contemporains 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 Chaudes Aigues dans le Cantal Éruption volcanique au Chili 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

concentration des éléments (ppm) Enveloppes masse (en kg) concentration des éléments (ppm) énergie thermique produite par chaque élément (W) énergie totale produite (W) énergie totale % par enveloppe 238U/235U 232Th 40K 232 Th CC 1,38 E+22 1,60 E-06 5,80E-06 2,38E-06 CO 6,90 E+21 9,00 E-07 2,70E-06 4,76E-07 Man-teau 4,00 E+24 2,70 E-08 9,40E-08 3,90E-08 Noyau 1,99 1,00 E-11 1,00E-10 1,19E-10

concentration des éléments (ppm) Enveloppes masse (en kg) concentration des éléments (ppm) énergie thermique produite par chaque élément (W) énergie totale produite (W) énergie totale % par enveloppe 238U/235U 232Th 40K 232 Th CC 1,38 E+22 1,60 E-06 5,80E-06 2,38E-06 9,94 E-05 2,69 2,79E-05 2,19 E+12 2,15 9,16 E+11 5,26E+12 CO 6,90 E+21 9,00 E-07 2,70E-06 4,76E-07 Man- teau 4,00 E+24 2,70 E-08 9,40E-08 3,90E-08 Noyau 1,99 1,00 E-11 1,00E-10 1,19E-10

concentration des éléments (ppm) Enveloppes masse (en kg) concentration des éléments (ppm) énergie thermique produite par chaque élément (W) énergie totale produite (W) énergie totale % par enveloppe 238U/235U 232Th 40K 232 Th CC 1,38 E+22 1,60 E-06 5,80E-06 2,38E-06 9,94 E-05 2,69 2,79E-05 2,19 E+12 2,15 9,16 E+11 5,26E+12 CO 6,90 E+21 9,00 E-07 2,70E-06 4,76E-07 6,17 5,01 E+10 1,21E+12 Mant- eau 4,00 E+24 2,70 E-08 9,40E-08 3,90E-08 Noyau 1,99 1,00 E-11 1,00E-10 1,19E-10

concentration des éléments (ppm) Enveloppes masse (en kg) concentration des éléments (ppm) énergie thermique produite par chaque élément (W) énergie totale produite (W) énergie totale % par enveloppe 238U/235U 232Th 40K 232 Th CC 1,38 E+22 1,60 E-06 5,80E-06 2,38E-06 9,94 E-05 2,69 2,79E-05 2,19 E+12 2,15 9,16 E+11 5,26E+12 CO 6,90 E+21 9,00 E-07 2,70E-06 4,76E-07 6,17 5,01 E+10 1,21E+12 Mant- eau 4,00 E+24 2,70 E-08 9,40E-08 3,90E-08 1,07 E+13 1,01 4,35 2,52E+13 Noyau 1,99 1,00 E-11 1,00E-10 1,19E-10 1,98 E+09 5,35 6,61 1,39E+10

Enveloppes masse (en kg) concentration des éléments (ppm) énergie thermique produite par chaque élément (W) énergie totale produite (W) énergie totale % par enveloppe 238U/235U 232Th 40K 232 Th CC 1,38 E+22 1,60 E-06 5,80E-06 2,38E-06 9,94 E-05 2,69 2,79E-05 2,19 E+12 2,15 9,16 E+11 5,26E+12 16,59 CO 6,90 E+21 9,00 E-07 2,70E-06 4,76E-07 6,17 5,01 E+10 1,21E+12 3,82 Man- teau 4,00 E+24 2,70 E-08 9,40E-08 3,90E-08 1,07 E+13 1,01 4,35 2,52E+13 79,50 Noyau 1,99 1,00 E-11 1,00E-10 1,19E-10 1,98 E+09 5,35 6,61 1,39E+10 0,04 avec 79,5% de contribution à la production d’énergie d’origine interne, c’est le manteau qui est l’enveloppe qui produit le plus d’énergie géothermique par désintégration de ses éléments 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

Fort gradient géothermique entre le fond et la 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. Fort gradient géothermique entre le fond et la surface. Au sein de la Terre, des échanges thermiques par conduction se font entre les profondeurs chaudes et la surface froide.

Faible gradient géothermique entre le fond et la surface. 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.

Faible gradient géothermique entre le fond et la surface. 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.

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)

Exploitable mais non exploité 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: Soultz-Sous-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.