Thème 2 A : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

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1 Thème 2 A : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
Thème 2 : Enjeux planétaires contemporains Thème 2 A : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

2 Le développement durable est un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs. Rapport Brundtland, 1987 Pour être durable, le développement doit concilier trois éléments majeurs : l'équité sociale, la préservation de l'environnement et l'efficacité économique Maintenir l'intégrité de l'environnement pour assurer la santé et la sécurité des communautés humaines et préserver les écosystèmes qui entretiennent la vie; Assurer l'équité sociale pour permettre le plein épanouissement de toutes les femmes et de tous les hommes, l’essor des communautés et le respect de la diversité; Viser l'efficience économique pour créer une économie innovante et prospère, écologiquement et socialement responsable.

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5 Qu’est-ce que c’est ? Le mot « géothermie » vient des mots grecs « géo », la terre, et « thermie », chaleur. Il désigne les phénomènes thermiques internes du globe, l’étude de ces phénomènes ou la source d’énergie qu’ils représentent. La géothermie consiste à produire de l’électricité et du chauffage en captant l’énergie thermique de la Terre. Elle a de tout temps été utilisée par les hommes (les premières traces remontent à il y a vingt mille ans) dans des réseaux de chauffage, par exemple dans la Rome antique. Mais ce n'est qu'au XXème siècle qu'elle a été « redécouverte » et appliquée à une échelle industrielle. UNE MANIFESTATION VISIBLE DE LA GEOTHERMIE : LES GEYSERS

6 Turquie – Pamukkale-source thermale
Islande Turquie – Pamukkale-source thermale Great Fountain Geyser in Yellowstone National Park La source chaude du Morning Glory dans le parc naturel de Yellowstone. Le sauna des macaques dans la station de ski de Shiga Kogen, dans la région de Nagano ( japon)

7 Objectifs: A partir des documents et de vos connaissances, comprendre en quoi le contexte géologique du lieu choisi est propice à l’implantation de centrales géothermiques. Travail à réaliser: A partir des quatre exemples à étudier Construisez un tableau comparatif argumenté des 4 exemples d’utilisation de l’énergie géothermique présentant : -Le contexte géologique particulier qui en fait un lieu d’exploitation intéressant - la températures des fluides circulants -Le gradient géothermique ( °C/ 100m) - le flux géothermique ( mW/m2) -Les méthodes d’exploitation -L’utilisation de cette énergie extraite Gradient géothermique : On nomme gradient géothermique l'augmentation de température constatée dans le sous-sol à mesure que l'on s'éloigne de la surface. Le gradient moyen en Europe est d'environ 1°C tous les 33 mètres, soit 3.3°C tous les 100 mètres Flux géothermique : On nomme Flux géothermique la quantité d'énergie thermique traversant une unité de surface par unité de temps (en mWatt.m-2 ou J.s-1.m-2) = Dissipation d'NRJ provenant des profondeurs de la Terre Permet de mesurer le transfert d'énergie thermique des profondeurs vers la surface.

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9 La structure profonde de la croûte est anormale sous le fossé : -surrection d'un manteau supérieur
•Une anomalie thermique positive avec la remontée de l’isotherme 1300°C •Une remontée mantellique est à mettre en relation avec la naissance possible de magmas par décompression partielle des matériaux du manteau.

10 La structure profonde de la croûte est anormale sous le fossé : surrection d'un manteau supérieur où la vitesse est légèrement plus faible que la normale avec un Moho peu net. C'est une observation habituelle du manteau supérieur dans les zones de décompression, due à des phénomènes de fusion partielle. Les autres faits géophysiques importants à relever sont : •Une forte anomalie gravimétrique négative, à l'aplomb du fossé et liée au remplissage sédimentaire important et au déficit de masse causé par la fusion partielle et localisée de l'asthénosphère, •Une anomalie thermique positive, connue depuis longtemps par la chaleur qui règne dans les mines de potasse d'Alsace (le degré géothermique est de 10 à 20 mètres au lieu des 30 m habituels) •L'affaissement actuel du fossé, d'après des mesures géodésiques précises, serait de l'ordre de 0,2 à 0,7 mm.an-1. D'autre part, les prospections entreprises par sismique-réfraction montrent que la profondeur du Moho ne cesse de décroître au fur et à mesure que l'on approche de l'axe du fossé rhénan, notamment de la région du Kaiserstuhl. Cette remontée mantellique est à mettre en relation avec la naissance possible de magmas par décompression partielle des matériaux du manteau. (D’après Sittler, 1974

11 Un champ thermique, ou géothermique, est l’espace occupée par l’installation d’un système géothermique. Dans un système géothermique, des puits sont creusés à intervalle régulière dans le sol. C’est l’espace occupé par ces puits qui représente le champ géothermique.

12 On peut aussi utiliser la géothermie profonde sans aquifère en réalisant des aquifères artificiels.

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14 Des exploitations correspondant à des frontières de plaques :
•Au niveau des dorsales •Dans les zones de subduction •Dans les zones de collision, telle qu’en Toscane (Italie) où, à la phase de collision continentale, a succédé la phase de relâchement à l’origine de la formation de nombreuses failles normales liées à l’extension ; il en a résulté un amincissement de la croûte et une remontée d’asthénosphère responsable d’une anomalie du flux thermique (plus de mW.m–2 à Larderello, où les fluides sont constitués de vapeur et de gaz, à une température variant entre 150 °C et 260 °C) et d’un magmatisme crustal. Des exploitations correspondant au domaine intraplaque : •Au niveau des points chauds, •Au niveau de fossés d’effondrements, où des failles profondes associées à un amincissement de la lithosphère favorisent une anomalie thermique positive ; •Au niveau des zones stables des plaques, dans des bassins sédimentaires où, parmi les couches géologiques accumulées, certaines sont perméables et vont jouer le rôle d’aquifères qui peuvent être très étendus, ce qui rend le stock de chaleur particulièrement important.

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16 Tahiti et la géothermie
La proportion de production d'électricité à partir des énergies renouvelables est fixée à 50% de la consommation pour 2020 et 100% en 2030. En 2008, sur 490GWh consommés à Tahiti, plus de 140GWh ont été produits par l'énergie hydraulique, le restant provenant directement de centrales thermiques, consommatrices de carburant et productrices de CO2 et de divers polluants. Géothermie: soit aux développements à faible profondeur (jusqu'à 2000m) de géothermie de haute température (plus de 130°), - soit aux développements toujours à faible profondeur, d'une exploitation de moyenne température (110 à 130°) avec utilisation d'un échangeur, - soit de développer une exploitation géothermique de grande profondeur (plus de 2000m). Le second volet de prospection nécessaire pour connaître mieux les éventuelles potentialités de Tahiti en matière géothermique coûte 125MXPF . Activité volcanique entre 1,3 et 0,45 Ma sur Tahiti Nui entre 0,9 et 0,3 Ma sur Tahiti Iti

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20 On constate que le gradient thermique est beaucoup plus important dans la lithosphère que dans le manteau.

21 On constate que le gradient thermique est beaucoup plus important lorsqu’il y a conduction que lorsqu’il y a des mouvements de convection On déduit que les transferts de chaleurs sont beaucoup plus efficace avec les mouvements de convection. On constate que le gradient thermique est beaucoup plus important dans la lithosphère que dans le manteau. La lithosphère aurait donc un transfert de chaleur de type conduction alors que le manteau ferait de la convection.

22 Deux mécanismes de transfert thermique existent dans la Terre :
la convection permettant un transfert d’énergie par déplacement de matière la conduction permettant un transfert d’énergie de proche en proche sans déplacement de matière. Le transfert par convection est beaucoup plus efficace. À l’échelle globale, Le flux fort des dorsales est associé à la production de lithosphère nouvelle Le flux faible des zones de subduction est associé au plongement de la lithosphère océanique âgée, refroidit et devenue dense.

23 Anomalie de vitesse positive
Milieu dense (rigide) A mettre en relation avec une T° faible Plaque lithosphérique océanique plongeante Anomalie de vitesse négative Milieu peu dense (fluide) A mettre en relation avec une T° élevée Magmatisme associé à la subduction

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29 Bilan : Des mouvements de convection dans le manteau transfèrent la chaleur par déplacement de matière à l’état solide. Des courants de matériaux chauds donc moins denses remontent au niveau des dorsales océaniques (zone de production de la lithosphère) Des courants de matériaux froids donc plus denses descendent au niveau des zones de subduction. Les courants ascendants et descendants constituent des cellules de convection.