THEME 2 : Les enjeux planétaires contemporains Afin de s’inscrire dans une démarche de développement durable… CHAP.I Comment exploiter l’énergie interne de la terre (géothermie)? CHAP.II Comment améliorer la production végétale pour alimenter l’humanité? CHAP.I Géothermie et propriétés thermiques de la Terre (2s) …Sources thermales de la Crouen. En langue xârâcùù, on les appelle xwâkwé nè: « les sources de feu » L’eau est chaude, entre 40 et 44 degrés. Captée aux sources, elle s’écoule dans une demi-douzaine de piscines incrustées dans la terre. Comment expliquer ces sources d’eaux chaudes et plus généralement ces remontée de chaleur en surface ?

I.1 Gradient et flux thermiques en fonction du contexte géodynamique Définitions: Le gradient géothermique: augmentation de la température constatées en fonction de la profondeur. Le flux géothermique: quantité d’énergie dégagée par la terre par unité de surface, est fonction du gradient et de la conductibilité thermique des roches traversées. Comment évoluent le gradient et le flux géothermiques au niveau de la croûte et dans quels contextes géodynamiques ?

Eléments de correction questions 1 et 2 > Sortir le graphique complet (titre et légendes) sur papier.

Eléments de correction question 3 > Placer vos points sue graphique >Explication des différentes valeurs en relation avec le contexte géothermique

4) Ressource inépuisable (renouvelable?) à l’échelle humaine, l’énergie géothermique dépend du contexte géologique. Utilisations possibles: > Chauffage par captage (de l’énergie ou de l’eau réchauffée dans l’aquifère) + pompes à chaleur. > Production d’électricité dans des centrales. Selon la température de l’eau réchauffée par le flux thermique, il existe plusieurs types de géothermie. Source énergétique en développement (technicité et coût)

Commentaires : de nombreuses manifestations géologiques de surface (sources hydrothermales, volcanisme, mines …) attestent de la présence de matériaux chauds en profondeurs . Le gradient géothermique est de l’ordre de 3°C/100m. Le flux géothermique correspond à l’énergie dissipée par la surface terrestre. Gradient et flux géothermiques varient selon le contexte géodynamique: plus élevés au niveau des dorsales, des zones volcaniques, des zones de subduction, des points chauds et des zones de fracturation et d’amincissement de la croûte.

Quelques documents d’illustration

I.2 Origine et transfert de l’énergie thermique du globe Q 1 et 2 p.226 comparaison des flux thermique lithosphère océanique et continentale ? Principales zones de transfert thermique ? Le flux thermique est plus élevé en domaine océanique qu’en domaine continental. L’énergie thermique produite par la terre est transférée au travers la lithosphère au niveau des dorsales avec l’hydrothermalisme, au niveau des arcs volcaniques et des subductions. Q. Dégager la source de production d’énergie interne, Doc 2 p.226 La désintégration des isotopes chimiques contenus dans les minéraux des roches conduit à la production de chaleur. L’uranium (235U et 238U), le thorium (232Th) et le potassium (40K) sont les trois éléments radioactifs majeurs. Ils sont présents en faible quantité, mais compte tenu des volumes de roches impliqués, ils produisent des quantités d’énergie importantes et notamment dans le manteau terrestre (70% de l’énergie d’origine radioactive).

Autres sources de production de chaleur interne: Chaleur initiale : refroidissement des matériaux terrestres profonds qui libèrent ainsi l’énergie accumulée pendant l’accrétion (formation) du globe. Chaleur de différenciation : énergie libérée des changements d’état des matériaux terrestre profonds, notamment lors des mécanismes de cristallisation du noyau solide au dépend du noyau liquide. . La quantité d’énergie produite est exprimées en watts (1W = 1 joule par seconde). Q. Expliquer les mécanismes de transferts thermiques internes (type BAC 1) Doc 1 et 2 p.228 & Doc 1 et 2 p.230/231 Démarche à suivre: A partir des modèles présentés: identifier les modes de transfert thermique Traduire sous forme d’un schéma + commentaires les transferts thermiques, depuis la production de l’énergie interne à sa dissipation en surface.

Les DEUX modes de transfert thermiques: en modélisation (paillasse) Modèle conduction Modèle convection La conduction: le transfert thermique implique un déplacement de matière dans le milieu. C'est le déplacement de matière chaude qui provoque le transfert de chaleur. La convection: le transfert thermique se réalise dans un solide ou un liquide sans déplacement de matière, uniquement de proche en proche et par modification de l’agitation des atomes du milieu Le métal peut être remplacer par un bloc de roche ou un fluide (tant que Le chaleur n’entraîne pas de déplacement de matière)

Traduction schématique + commentaires des transferts thermiques depuis la production de l’énergie interne à sa dissipation en surface. Les transferts thermiques internes au globe sont mis en évidence par tomographie sismique. On peut noter ainsi: >Des convections assez lentes dans le manteau (remontées et descentes de matériaux + chaleur) à l’origine du dynamisme de la lithosphère (mouvements des plaques, subduction, accrétion dorsale) et points chauds. > De la conduction au niveau de la lithosphère et de l’interphase noyau/manteau. Ainsi l’énergie interne est transférée Par convection depuis la profondeur Jusqu’à la surface puis est dissipée par conduction à travers la lithosphère. La terre se refroidit ainsi progressivement. Subduction japonaise Islande Hawaii

Contextes favorables à la géothermie Compléter votre schéma + titre conduction convection conduction convection Déplacements lithosphériques Transferts thermiques et mouvements de matière par convection Transfert thermique (pertes) par conduction Production de chaleur par désintégration Perte thermiques liées au volcanisme Titre: modèle pour le transfert d’énergie dans le globe

Soit les 2 montages expérimentaux ci-dessous (voir paillasse également) Matériel & protocole 1 : Resistance chauffante, 2 et 3 : 2 thermomètres, 4 : eau. On relève les températures toutes les 30 secondes pendant 20 minutes Déterminer à quel système de transfert de chaleur, conductif ou convectif, correspond chacun des 2 montages. Le montage conductif correspond au système de chauffage par au-dessus, le montage convection au système de chauffage par en dessous. Tracer l'évolution de la température dans l'un et l'autre des système et pour chacune des sondes thermométriques. Indiquer lequel des deux systèmes de transfert de chaleur est le plus efficace pour transférer l'énergie thermique à l'ensemble du volume d'eau, autrement dit quel système permet d'évacuer le plus rapidement la chaleur et atteindre au plus vite un équilibre thermique ? Le système convectif échange plus rapidement la chaleur et donc la transfert plus vite, la dissipe plus vite. D'un point de vue géodynamique, quel phénomène géologique est une conséquence directe de la dissipation de la chaleur interne par le système convectif ?La tectonique des plaques

Mesures expérimentales

Conclusion: L’énergie interne du globe a pour origine la désintégration d’éléments radioactifs essentiellement situées au niveau du manteau. Cette énergie est transférée par convection (surtout au niveau du manteau asthénosphérique) et conduction (surtout au niveau de la lithosphère) jusqu’à la surface. Ces deux mécanismes sont à l’origine de l’existence d’un gradient géothermique (augmentation de température lorsque l’on s’enfonce dans le sous-sol avec une moyenne d’environ 30°C par kilomètre) et donc d’un flux thermique (dissipation de l’énergie provenant des profondeurs de la Terre à la surface qui en moyenne d’environ 65mW.m-2). Lorsque le flux géothermique est plutôt élevé (régions volcaniques des zones de subduction, des dorsales...) il est possible de réaliser une géothermie « haute énergie ». Lorsque le flux géothermique est un peu plus faible, il est alors possible de réaliser une géothermie « basse énergie ».