ANNALES des sujets du BAC- Thème II-A Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

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1 Partie 1 (8 points) ANNALES des sujets du BAC- Thème II-A Géothermie et propriétés thermiques de la Terre La Terre est une machine thermique dont l Homme peut y puiser une partie de son énergie. Amérique du nord 2013 La Terre est une machine thermique : elle libère une énergie qualifiée de géothermique, potentiellement utilisable par l'homme, et variable d'un endroit à un autre. Après avoir indiqué l'origine du flux géothermique, décrire les mécanismes de transferts thermiques vers la surface et comparer les variations de ce flux selon le contexte géodynamique (dorsale et zone de subduction). Aucune valeur de flux géothermique n'est attendue. La réponse doit être structurée avec une introduction et une conclusion. Pondichéry 2014 Bouillante est la première centrale géothermique française où l'énergie géothermique est exploitée pour produire de l'électricité. Le site géothermique de Bouillante est situé en Guadeloupe dans l'arc des petites Antilles. Document : contexte géodynamique de Bouillante Présenter comment le contexte géodynamique régional a permis l'implantation d'une centrale géothermique à Bouillante. Le moteur de la subduction n'est pas attendu. L'exposé doit être structuré avec une introduction, un développement et une conclusion. Il sera accompagné d'un schéma de synthèse illustrant les phénomènes géologiques mis en jeu.

2 Nouvelle Calédonie- mars 2014 Cette partie comporte deux sous parties : un questionnaire à choix multiples (QCM) et une question de synthèse. L'ordre et le traitement des deux parties sont laissés au choix du candidat. La Guadeloupe ne dispose pas de ressources d'énergies fossiles. Mais la géothermie est un atout énergétique majeur. Ainsi, une centrale géothermique a pu être installée sur le site de Bouillante. A l'aplomb de ce site, se situe une zone de fracturation de la roche à environ 500 mètres de profondeur ; dans cette zone de fracturation, les eaux infiltrées (eau de pluie et eau de mer) se réchauffent. Document de référence - Contexte géologique de l'île de la Guadeloupe Question de synthèse : D'après Utiliser vos connaissances pour expliquer comment le contexte géodynamique de la Guadeloupe permet de comprendre la présence d'un site géothermique intéressant à Bouillante. QCM : À partir des connaissances, répondre au QCM en cochant la bonne réponse. 1- Le flux géothermique : a. représente la quantité de chaleur libérée par unité de surface b. correspond à une augmentation de la température avec la profondeur c. est un mécanisme de transfert thermique dans la Terre 2- Le flux géothermique : a. est faible en Guadeloupe b. varie en fonction des contextes géodynamiques c. est constant sur toute la surface de la Terre 3- L'origine du potentiel géothermique de la centrale de Bouillante en Guadeloupe est liée : a. au fonctionnement d'un point chaud situé sous cette région b. au magmatisme d'une zone de subduction c. à la remontée du moho dans cette région

3 Métropole 2015 SYNTHÈSE (5 points) Dans certaines régions du globe, l énergie géothermique est exploitée par l humanité pour couvrir une partie de ses besoins énergétiques. Préciser l origine de l énergie interne de la Terre, présenter ses modes de transfert vers la surface et expliquer pourquoi certaines zones du globe sont favorables à son exploitation géothermique. Partie II exercice 1 (3 points) Emirats Arabes unis 2014 Dans le bassin parisien et le fossé Rhénan on exploite la chaleur interne dissipée par la Terre. Mais, ces deux régions de France métropolitaine ne permettent pas le même type d exploitation de l énergie géothermique. L une d elle se limite à une «géothermie de basse énergie» car l eau chaude ne permet que le chauffage des bâtiments, tandis que l autre région offre une «géothermie de haute énergie» car l eau y atteint 200 C en profondeur, ce qui rend possible la production d électricité. En vous limitant à l exploitation des documents présentés : - déterminer quelle est la région géothermique de basse énergie et celle de haute énergie ; - déterminer pour quelle raison l une des deux régions libère davantage d énergie géothermique que l autre. Document 1a : le principe de l exploitation géothermique. L exploitation géothermique repose toujours sur la même méthode : on creuse un trou (un forage), dont la profondeur n excède pas 5000 mètres et dans lequel on injecte de l eau. Au fond du forage, cette eau se réchauffe puis est pompée vers la surface où l on exploite la chaleur que l eau a accumulée. Document 1b : courbes d évolution de la température souterraine et nature des roches dans deux régions françaises. d après GEIE exploitation minière de la chaleur)

4 Document 2 : tomographie sismique à l aplomb des deux zones étudiées. On sait que les ondes sismiques ont une vitesse de propagation plus faible dans un milieu chaud. Métropole septembre 2014 L Islande, île de la géothermie D'après Saskia Goes et al., in Science 286 (1999) L Islande est une île située dans l Atlantique Nord qui présente une intense activité géologique et une activité géothermique très élevée. Le potentiel géothermique de l île est utilisé comme source d énergie principale grâce à de nombreuses centrales géothermiques qui, en prélevant l eau chaude du sous-sol, produisent de l électricité. À partir de l exploitation et de la mise en relation des deux documents, argumenter l expression suivante : «le contexte géologique de l Islande explique l importante activité géothermique de l île».

5 Document 1 : carte géologique de l'islande Document 2 : étude du manteau sous l Islande par tomographie sismique D après et La tomographie sismique est une méthode géophysique qui utilise l'enregistrement de la vitesse des ondes sismiques émises lors de tremblements de terre. Cette technique consiste à comparer les vitesses des différentes ondes reçues aux vitesses théoriques attendues pour chaque profondeur. On met alors en évidence des zones où la vitesse des ondes est : - soit plus élevée que celle prévue à cet endroit (anomalie de vitesse positive), correspondant à des régions plus froides du manteau - soit plus faible que celle prévue à cet endroit (anomalie de vitesse négative), correspondant à des régions plus chaudes du manteau.

6 D après Partie II exercice 2 (5 points) Métropole septembre 2013 Chaudes Aigues et la géothermie A Chaudes Aigues, en Auvergne, il existe depuis 1332, un réseau de chauffage urbain. Depuis cette époque, la ville continue d être chauffée par un système de géothermie et a développé un centre de thermalisme. À partir de l exploitation des documents mis en relation avec les connaissances, expliquer l origine de ce phénomène de géothermie locale.

7 Document 1 : localisation géographique de la source du Par à Chaudes Aigues D après - D après BRGMseptembre 2012 Cette source fournit toute l année de l eau dont la température varie entre 80 et 82 C. Le débit moyen de cette source est de 17m 3. h -1. Document 2 : carte du flux géothermique en France D après La chaleur de la Terre, Raymond Ferrandes, ADEME Editions 1998

8 Document 3 : coupe schématique de la lithosphère au niveau de l Auvergne Document 4 : coupe géologique schématique de la région de Chaudes Aigues D après Olivier Merle, Université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand D après Amélioration de la connaissance des sources-brgm septembre 2012

9 Métropole septembre 2015 Géothermie Depuis l accident nucléaire de Fukushima, le Japon accélère sa politique de transition énergétique et cherche de nouvelles sources d énergie. En utilisant les informations des documents et vos connaissances : - définir le contexte géodynamique du Japon ; - montrer que ce contexte est favorable à l exploitation de la géothermie. Document 1 : Carte bathymétrique du Japon indiquant la profondeur des foyers sismiques Document 2 : Schéma interprétatif de lame mince de roche volcanique prélevée au Japon. D'après Banque de schéma, M = verre + microlithes P = feldspaths plagioclases H = amphibole (hornblende) Py = pyroxènes D après planet-terre.ens-lyon.fr

10 Document 3 : Comparaison minéralogique des différentes roches magmatiques Structure Composition Pyroxène Quartz Amphibole Feldspath plagioclases Gabbro grenue + + Basalte microlithique + + Andésite microlithique Granodiorite grenue Document 4 : Tomographie sismique et position des foyers sismiques selon la coupe A-B du document 1 La tomographie sismique est une technique permettant de visualiser en profondeur les variations de la vitesse de propagation des ondes sismiques. - plus le matériau traversé est froid, plus l anomalie de vitesse des ondes sismiques est positive - plus le matériau traversé est chaud, plus l anomalie de vitesse des ondes sismiques est négative D'après Zhao et al., Journal of Geophysical Research,1994

11 Document 5 : Flux géothermique relevé à la surface du Japon D après SVT Terminale S Collection Duco - Édition 2012

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