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TS Ch 1 - Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

  • Comment varie la température des roches en profondeur ?
  • Quelle est l’origine de la chaleur interne de la Terre ?
  • Comment exploiter les ressources géothermiques ?

I - Gradient et flux géothermique

La libération d’énergie interne se traduit, en surface, par de nombreuses manifestations geysers, sources hydrothermales mais aussi éruptions volcaniques.

Le gradient géothermique mesure l’augmentation de température lorsque l’on s’enfonce dans le sous-sol. Sa valeur moyenne est de 30°C par kilomètre.

Le flux géothermique correspond à la dissipation permanente d’énergie interne à la surface du globe. Il dépend du gradient géothermique mais aussi de la nature des roches, et donc il dépend du gradient géothermique mais aussi de la nature des roches et donc de leur conductivité thermique. Sa valeur moyenne est de 65 mW· m-2.

Le flux géothermique varie selon le contexte géologique : il est particulièrement élevé au niveau des dorsales, des points chauds, des arcs volcaniques associés aux zones de subduction.

II - Origine du flux géothermique et modalités du transfert d’énergie

La majeure partie de l’énergie interne est issue de la désintégration radioactive de certains isotopes présents dans les roches. Le manteau terrestre en produit la plus grande part.

La conduction et la convection représentent les deux modes de transfert de la chaleur depuis la profondeur vers la surface.
La conduction à travers la lithosphère, transfert de chaleur sans déplacement de matière, permet la dissipation de la majeure partie de l’énergie produite.

La convection, en revanche, est un transfert avec des déplacements de matière qui s’organisent en cellules de convection. C’est d’une part un moyen très efficace pour véhiculer de l’énergie thermique, d’autre part le moteur du déplacement des plaques lithosphériques.

III - La géothermie, une ressource énergétique

L’énergie géothermique est utilisée par l’homme avec deux objectifs principaux : la production de chaleur pour le chauffage et la production d’électricité. Mais ce prélèvement d’énergie est infime par rapport à l’énergie interne dissipée par la Terre : on peut donc considérer que cette énergie est une ressource inépuisable à l’échelle humaine.

Les ressources géothermiques dépendent du contexte géologique : elles sont importantes dans les régions volcaniques, les zones de rift comme l’Islande et, dans une moindre mesure, dans les bassins d’effondrement (l’Alsace. par exemple).

La géothermie "haute énergie" utilise directement les fluides très chauds afin de produire de l’électricité. La géothermie "basse énergie" récupère de l’énergie thermique à faible profondeur dans le sol ou le sous-sol à des fins de chauffage.

Bilan

La température croît avec la profondeur (gradient géothermique) ; un flux thermique atteint la surface en provenance des profondeurs de la Terre (flux géothermique). Gradients et flux varient selon le contexte géodynamique.
Le flux thermique a pour origine principale la désintégration des substances radioactives contenues dans les roches.
Deux mécanismes de transfert thermique existent dans la Terre : la convection et la conduction. Le transfert par convection est beaucoup plus efficace.
À l’échelle globale, le flux fort dans les dorsales est associé à la production de lithosphère nouvelle ; au contraire, les zones de subduction présentent un flux faible associé au plongement de la lithosphère âgée devenue dense. La Terre est une machine thermique.
L’énergie géothermique utilisable par l’Homme est variable d’un endroit à l’autre.
Le prélèvement éventuel d’énergie par l’Homme ne représente qu’une infime partie de ce qui est dissipé.

Mots clés

  • Gradient géothermique
  • Flux géothermique
  • Géothermie haute et basse énergie
  • Centrale géothermique
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