Structure et chaleur interne du globe

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1 Sabine Martin : sabine.martin@ac-toulouse.fr Alan Laude : alan_jean.laude@ac-toulouse.fr Structure et chaleur interne du globe Extrait d un cours sur la structure du globe en 1844, M. Dufrenoy, professeur à l Ecole Royale des Ponts et Chaussées Dès le XVIIe siècle, la Terre est considérée par les savants, hommes de lettres et de sciences, comme une planète organisée en couches concentriques. Cependant elle n est alors connue que par les constituants et le géotherme de sa surface. Il faut attendre la deuxième moitié du XXe siècle pour qu un modèle de sa structure et de ses propriétés thermiques soit établi grâce aux données géophysiques de plus en plus précises. Un des témoignages les plus anciens de géothermie date de ans avant Jésus-Christ. Il cite les îles Lipari (Italie) qui exploitaient déjà une eau naturellement chaude pour leurs thermes. En France, de nombreux projets ont été mis en œuvre à plus grande échelle depuis les années En 2008, la géothermie assurait environ 0,1% de la production d électricité d origine renouvelable en France, en plus des besoins de chauffage de milliers de foyers. L enseignement des SVT au collège puis au lycée vise notamment à sensibiliser aux sujets de développement durable comme celui des ressources énergétiques. Il est l occasion de montrer en quoi la connaissance de la structure et des propriétés du globe permettent d envisager l utilisation des énergies renouvelables comme l énergie géothermique.

2 Question 1 : Pour chaque document du dossier, indiquez à quel niveau il pourrait être utilisé (tel quel ou modifié) et quels objectifs de connaissances il permettrait d atteindre dans le thème traité. Vous analyserez plus particulièrement les documents 1 et 2 que vous annoterez pour mettre en évidence la structure verticale de la Terre. Question 2 : Exposez une activité pédagogique de 1S ou terminale S en vous appuyant sur les documents 4, 5 ou 8. Vous détaillerez la place de cette activité dans votre progression, ses modalités de mises en œuvre, les consignes données et la (ou les) compétences visée(s). Question 3 : Les SVT ont une place privilégiée dans l'edd du fait du programme disciplinaire, des croisements disciplinaires, de l'intervention de partenaires extérieurs ainsi que des temps de débats organisés dans les établissements scolaires. Dans les programmes du collège une place importante est faite à l'edd en classe de troisième dans la partie «Responsabilité humaine en matière de santé et d'environnement» alors qu'il revient aux enseignants de valider les compétences du socle commun. 1- Indiquer les dispositifs et modalités pédagogiques, incluant entre autres la dimension pluridisciplinaire, et les types d'actions qui peuvent être mis en œuvre pour promouvoir l'edd de la 6ème à la 3ème. Vous exposez à la classe les sujets traités dans la partie «Responsabilité humaine en matière de santé et d'environnement» pour le thème «Les ressources en énergies fossiles et renouvelables» sous la forme d'une démarche de projet. Sujet : «Expliquez pourquoi la géothermie est une énergie d'avenir pour l'homme». 2- Décrire brièvement les modalités de travail (organisation de la classe, recherches documentaires, échéancier, aides.) données aux élèves dans la première phase de cette démarche de projet. 3- Expliquer les modalités d'évaluation formative mises en place pour favoriser la recherche et la production autonome des élèves au cours de la deuxième phase de la démarche. Préciser quels documents du dossier seront exploités tels quels ou modifiés pour les élèves. 4- Détailler la séance de mise en commun organisée permettant de valoriser l'ensemble des élèves. Proposer une grille de notation détaillée permettant une évaluation sommative des élèves. Identifier les connaissances, capacités et attitudes mobilisés ainsi que les critères de réussite attendus.

3 Document 1 : Profils sismiques (a,b) et thermique (c) de la Terre (site planet-terre.ens-lyon, Belin) a c b Document 2 : Profil de la résistance mécanique des roches terrestres

4 Document 3 : Cartes du flux thermique mondial et du flux thermique en France métropolitaine (site planet-terre.ens-lyon)

5 Document 4 : Détermination de la profondeur du Moho (logiciel Sismolog) Sur certains sismogrammes disponibles, on voit non seulement les ondes P et S mais également un deuxième train d ondes P, les ondes PMP, qui se sont réfléchies sur le Moho. La vitesse moyenne des ondes P dans la croûte sous les Alpes est de 6,25 km.s -1. Mode de calcul : Sismogramme reçu le 09/03/1992 par la station SURF (Col de Larches, Alpes) Profondeur focale h = 6 km Distance épicentrale Δ = 105,5 km Arrivée des ondes P à 1 h 54 min 52,619 s Arrivée des ondes PMP à 1 h 54 min 56,859 s Arrivée des ondes S à 1 h 55 min 05,819 s

6 Document 5 : La contribution de la radioactivité des différentes couches de la Terre dans la libération d énergie (Nathan TS) Document 6 : Profils de tomographie sismique centrés sur l Islande (a) et sur l Atlantique Sud (b) (a) (b)

7 Document 7 : Répartition des isothermes dans la lithosphère (d après C. Nicollet) Document 8 : Dispositif de mesure par ExAO de la vitesse de propagation des ondes sonores dans un matériau (ici du granite) Document 9 : Carte des anomalies de Bouguer en France métropolitaine (unité : le milligal) (D après Pierre Thomas)

8 Document 10 : Les renseignements fournis par l étude des hodochrones lors d un séisme et leur interprétation (logiciel Sismolog) NB : une hodochrone est la courbe des temps d'arrivée des ondes P aux stations en fonction de leurs distances épicentrales

9 Document 11 : Exploitation des énergies fossiles en France et effets sur l'environnement. (Belin 3 ème 2008) A - B - Document 12 : Utilisations des énergies renouvelables en Europe. (Belin 3 ème 2008)

10 Document 13 : Amplification de l'effet de serre (Belin 3 ème 2008) Document 14a : Un exemple de production d'électricité par géothermie en France ( L eau est alors présente dans le sous-sol sous forme liquide ou sous forme de vapeur. Cette vapeur va permettre de faire tourner une turbine, qui, accouplée d un alternateur, produira de l électricité. Principe de fonctionnement de la centrale électrique géothermique de Bouillante (Guadeloupe) (source : ADEME /BRGM)

11 Document 14b : Equiper sa maison d'une pompe à chaleur ( La géothermie très basse et basse énergie utilise l énergie du sous-sol pour produire de la chaleur, soit de façon indirecte grâce à des pompes à chaleur pour élever le niveau de température (géothermie très basse énergie), soit de façon directe (géothermie à basse énergie). Le rayonnement du soleil et les conditions climatiques ont une influence sur la température terrestre des premiers mètres du sous-sol. Le sol et l eau dont il est gorgé sont donc réchauffés. Ce n est pas très chaud (environ 10 C), mais c est suffisant pour pouvoir chauffer une maison à condition d installer une pompe à chaleur géothermique. Il s agit d un équipement qui fonctionne exactement comme le réfrigérateur qui trône dans ta cuisine, mais à l envers! Grâce à un circuit, le réfrigérateur capte en permanence la chaleur contenue dans les aliments et la rejette à l extérieur grâce à la grille «échangeur» située à l arrière de l appareil. La pompe à chaleur géothermique, elle, capte la chaleur du sol pour la ramener à l intérieur des bâtiments. Cependant, pour bien fonctionner tout au long de l année, il faut qu elle soit installée dans une zone où la température du sous-sol est stable (c est-à-dire qu elle reste la même tout au long de l année). Au final, le bilan reste intéressant car même si elle nécessite un peu d électricité pour fonctionner, la pompe à chaleur géothermique peut fournir jusqu à 60 % des besoins en énergie pour chauffer une maison! Fonctionnement d'une pompe à chaleur ( BRGM im@gé)

12 Document 15 : extrait article «Géothermie : un potentiel à creuser!» (Dossier Pour la Science - N 69 - Octobre - Décembre 2010)

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