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Terminale S
Chapitre O : la géothermie, une nouvelle ressource d’énergie
Pb : dans quel contexte géologique développer la géothermie ?
1/ Une Terre qui chauffe
Il existe dans les roches de la croûte et du manteau, des éléments radioactifs qui en se
désintégrant libèrent de l’énergie thermique : c’est que l’on appelle l’énergie géothermique.
Uranium 235 et 238
Thorium 232
Potassium 40
Le flux géothermique mesure la quantité d’énergie libérée par la Terre par unité de surface et par
unité de temps. Exemple : J/m2/s ou W/m2 ; 1 watt (W) = puissance développée par 1 joule
pendant 1 seconde. En moyenne, le flux géothermique terrestre est de l’ordre de 60 mW m-2.
ii
2
3
i
4
1
La répartition mondiale du flux géothermique est très hétérogène et elle reflète parfaitement les
phénomènes géologiques profonds, à savoir :
Flux géothermique élevé
1. Au niveau de la dorsale = formation de la
croûte océanique par remontée profonde du
manteau
2. Au niveau des zones de rifting = par
amincissement de la croûte continentale et
remontée de l’asthénosphère
3. Au niveau des points chauds
4. Au niveau des arcs volcaniques associés
aux zones de subduction
L. Guérin
Flux géothermique faible
i.
ii.
1
Au niveau des plaques plongeantes
froides des zones de subduction.
Au niveau des grandes plaques
lithosphériques stables
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2/ Une Terre qui chauffe MAIS qui se refroidit
La production de chaleur générée
par désintégration radioactive est
dissipée vers la surface terrestre. La
structure actuelle de la Terre en
« pelure
d’oignon »
est
la
conséquence directe de cette
déperdition de chaleur :
En surface la lithosphère atteste
d’un refroidissement suffisant
avec
des
roches
au
comportement cassant.
En
dessous
le
manteau
asthénosphérique atteste de
roches toujours solides mais
ductiles car très chaudes.
Enfin le noyau externe (en
dessous de 2900 km) est liquide
car les températures permettent
la fusion des roches.
Schéma de Terre en profondeur à
connaitre
L’évacuation de la chaleur se fait donc différemment dans la lithosphère rigide et dans le manteau
ductile :
Par conduction, c’est à dire de proche en proche sans déplacement de matière, dans la
lithosphère.
Par convection, avec déplacement de matière, comme dans le manteau où l’on observe les
cellules de convection. En effet la matière chaude, moins dense, remonte vers la surface. Là
elle se refroidit, devient donc plus dense et finit par replonger.
> La convection, avec ses mouvements de matière,
est beaucoup plus efficace que la conduction pour
évacuer la chaleur. Une soupe brulante refroidit plus
vite si elle est remuée à la cuillère.
Le gradient géothermique traduit l’augmentation de la température avec la profondeur. Selon la
région, l’augmentation de température avec la profondeur est différente ce qui traduit des
variations du flux géothermique.
L. Guérin
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Exemple de gradient géothermique superficiel obtenu par forage au Texas – dans cet
exemple le gradient géothermique est de 80°C/Km
Profondeur (km)
Transfert par conduction
= gradient élevé
Transfert par
convection = gradient
faible
Gradient géothermique terrestre en profondeur – pour info
Conséquences :
Dans la lithosphère, siège de conduction, le gradient géothermique est très élevé.
Dans le manteau, siège de convection, le gradient géothermique est beaucoup plus faible.
L. Guérin
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La tomographie sismique est à la Terre ce que radiographie est la médecine
On a pu visualiser indirectement les mouvements de matière, dans le manteau, liés à la
convection. En effet la température du manteau, influence directement la vitesse de propagation
des ondes sismiques. Souvenir de première S et le TP avec la barre de chocolat :
Un refroidissement de celle-ci nous avais permis de mesurer une accélération des ondes
sismiques.
Un réchauffement de celle-ci nous avais permis de mesurer un ralentissement des ondes
sismiques.
La tomographie montre clairement
un matériau en bleu qui s’enfonce
progressivement dans le manteau
de l’est vers l’ouest : il s’agit de la
subduction de la plaque
lithosphérique Pacifique au large du
Japon.
Profil de tomographie sismique généré par :
http://www.ac-nice.fr/svt/productions/html5/tomo/
Les zones rouges indiquent des anomalies négatives qui
attestent d’un ralentissement des ondes sismiques dans des
roches chaudes.
Les zones bleues indiquent des anomalies positives qui
attestent d’une accélération des ondes sismiques dans des
roches froides.
Grâce à la tomographie sismique, le géologue peut ausculter la Terre en profondeur et interpréter
les mouvements de matière :
Les plaques lithosphériques océaniques froides, donc plus denses, plongent au niveau des
zones de subduction.
A l’aplomb des points chauds et des dorsales, les roches du manteau remontent vers la
surface en évacuant la chaleur.
L. Guérin
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3/ La géothermie, une ressource gratuite et qui ne libère pas de CO2
La géothermie consiste à récupérer l’eau qui circule dans la croûte et qui s’est, à son contact,
réchauffée. Selon la température de l’eau, trois types d’exploitation sont envisageables :
Gradient
géothermique
Température
fluides
circulants
(°C)
Flux
géothermique
(mW/m2)
(°C pour
100m)
Basse
température
< 100
60
Moyenne
température
Entre 100 et
150
100 à 200
Type de
géothermie
Haute
température
> 150
> 200
Contexte
géologique
Applications
possibles
1à3
Bassin
sédimentaire ;
exemple Paris
« chauffage »
de serres
3 à 10
Rift ; exemple
Soultz
Chauffage
collectif
10 à 50
Zone de
subduction ;
exemple de la
Guadeloupe
Production
d’électricité
Tableau comparatif des géothermies
Bien sûr, c’est le contexte géologique qui détermine les ressources géothermiques d’une région.
La géothermie ne peut être envisagée partout dans le monde.
Au laboratoire, on peut évaluer la conductivité thermique sur des échantillons :
type de roche
granite
péridotite
calcaire
charbon
roches salines
Métaux (Ag)
Bois
conductivité
thermique (en
W.m-1.°K-1)
2,5 à 3,8
4,2 à 5,8
1,7 à 3,3
1
environ 5
420
0.1
Flux géothermique d'une région =
gradient géothermique local x conductivité de la
roche
AN dans un bassin sédimentaire :
gradient géothermique moy = 80 °C/Km
conductivité thermique calcaire = 2.5 unités
flux géothermique = 80 X 2.5 = 200 mW/m2
Les roches sédimentaires sont globalement de mauvais
conducteurs thermiques et contribuent donc au freinage
des transferts de chaleur dans la croute et permettent une
forme de stockage de chaleur.
L. Guérin
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Géologie française et énergie géothermique potentielle – Pour info
Schéma bilan La Terre machine thermique – belin – à connaitre
L. Guérin
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