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1 Corrigé-type du devoir SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE SN02 Ce corrigé donne des éléments de correction mais n a pas valeur de modèle. Sont précisés dans ce corrigé, des points de méthodes, la démarche à suivre, les notions de cours qu il fallait réinvestir. Partie 1 : Maîtrise des connaissances (10 points) QCM ( points) Question 1 : Réponse correcte : d. Question 2 : Réponse correcte : b. Question : Réponse correcte : c. Question 4 : Réponse correcte : c. Question 5 : Réponse correcte : d. Question 6 : Réponse correcte : b. Question de synthèse (7 points) «En intégrant le document à votre raisonnement montrez qu il existe un lien entre le fonctionnement de la Terre et le fait que la géothermie soit une énergie renouvelable.». Éléments permettant l évaluation Critères Question clairement énoncée et respectée Problématique posée par le sujet comprise Les éléments : pertinents, complets issus des connaissances acquises. Indicateurs = éléments de correction Le sujet est clairement présenté et compris Poser le problème d un lien existant entre géothermie, en tant qu énergie renouvelable, et le fonctionnement de la Terre : existe-t-il des zones propices à l implantation de la géothermie? Il s agit de montrer que c est le fonctionnement de la planète Terre qui est à l origine de l énergie utilisée par les différents types de géothermie. Connaissances nécessaires : Les différents types de géothermie : Géothermie haute énergie régions tectoniques et volcaniques actives émergées c està-dire des zones dont la température dépasse 150 C se situant, entre et 000 mètres de profondeur, dans des zones géographiques au gradient géothermal anormalement élevé. Géothermie basse énergie les ressources de moyenne énergie (90 à 150 C) se retrouvent dans le même contexte géologique que la géothermie haute énergie, à une profondeur moindre (inférieure à m), mais aussi dans des bassins sédimentaires à des profondeurs allant de à mètres, et dans un grand nombre de zones où se trouvent des failles par lesquelles l eau peut remonter facilement à la surface, signalant sa présence par des sources chaudes. Géothermie très basse énergie en tout point de la planète, il est possible de capter et de transformer la chaleur emmagasinée dans les couches superficielles du sous sol à quelques mètres de profondeur pour le chauffage des habitations au moyen de pompes à chaleur. CNED Terminale SN

2 corrigé Définition du flux thermique. = Manifestation de la dissipation de la chaleur interne de la planète. Origine principale : la désintégration des substances radioactives contenues dans les roches. Distribution du flux de chaleur non homogène, son organisation (zones à flux très élevé et zones à flux faible) àexistence d un mécanisme dynamique interne à l origine de la dissipation de chaleur à l intérieur de la Terre. Existence de deux mécanismes de transfert thermique dans la Terre : la conduction, et la convection, plus efficace, qui correspond à un transfert de chaleur par mouvements de matière au niveau du manteau, assurant le transport de la chaleur et sa dissipation en surface. Une mise en œuvre scientifique cohérente et apparente Intégration et mise en relation des connaissances : introduction qui définit les termes du sujet, pose clairement la problématique et annonce sa résolution. Organisation sous la forme d un plan scientifique : a. Localisation des zones propices à l utilisation de la géothermie Apport du document 1 permettant d introduire les connaissances en italique sur les différents types de géothermies indiquées ci-dessus. Géothermie haute énergie : zones magmatiques en relation avec : Les zones de subduction (Ouest des continents Nord et Sud américains, pays en relation avec le magmatisme des subductions de l Est Pacifique, arc méditerranéen, exemple Sud de l Italie.) Les zones de rift de l Est africain. Les points chauds tels que Hawaï, l Islande et les Açores. Géothermie basse énergie : les bassins sédimentaires (Bassin Parisien et Bassin Aquitain en France, le bassin de l Amazone en Amérique du Sud, le bassin du Mississipi-Missouri aux USA, la région de Pékin et l Asie centrale ). Géothermie très basse énergie dans les zones de socle cristallin. Transition avec le paragraphe suivant : La géothermie est donc exploitable aussi bien aux frontières de plaques qu en toute région du globe. Comment l expliquer? b. Une ressource considérée comme renouvelable reposant sur le fonctionnement de la planète. Elle est en relation avec le flux de chaleur qui est émis en tout point de la planète. Connaissances en caractères gras. Conclusion court texte répondant à la problématique. Contrairement aux énergies fossiles, la ressource géothermique est considérée comme illimitée et se trouve potentiellement partout puisqu elle repose sur le flux thermique terrestre. Le prélèvement éventuel d énergie par l Homme ne représente qu une infime partie de ce qui est dissipé. Schéma bilan montrant le lien entre géothermie et fonctionnement de la planète. L expression écrite : Qualité du texte Qualité de la rédaction Qualité de la schématisation correction orthographique, grammaticale structuration avec des connecteurs logiques «donc» et/ou de «parce que» organisation du texte : une idée par paragraphes schémas clairs, grands, légendés, titrés 2 CNED Terminale SN

3 Lien entre géothermie et fonctionnement de la planète. corrigé Géothermie Haute Energie Géothermie Basse énergie Géothermie Très Basse Energie 1, 2,, Inégale répartition des ressources géothermiques Inégale répartition du flux géothermique Manteau lithosphérique Panache mantellique : branche ascendante chaude d une cellule de convection Radioactivité Croûte continentale Flux de chaleur Croûte océanique Lithosphère océanique en subduction : branche descendante froide d une cellule de convection Convection Fusion partielle Volcan Manteau Noyau 1 : point chaud 2 : dorsale : zone de subduction 4 : bassin sédimentaire 5 : rift 6 : zone de socle cristallin Partie 2 : Pratique du raisonnement scientifique et de l argumentation (10 points) Exercice 1 : Raisonner dans le cadre d un problème scientifique (5 points) QCM ( points) Question 1 : Réponse correcte : d Question 2 : Réponse correcte : b Question : Réponse correcte : c Exercice 2 : Choisir et exposer sa démarche personnelle, élaborer une argumentation et proposer une conclusion (5 points). «Exploitez les documents afin de montrer que l implantation des centrales électriques géothermiques en Islande dépend du contexte géodynamique en relation avec la dissipation de l énergie interne.» CNED Terminale SN

4 corrigé Éléments issus des documents : (pertinents, utilisés à bon escient en accord avec le sujet ) Document 4 : La production d électricité produite par géothermie représente 24,5 % loin derrière celle produite grâce à l hydroélectricité, 74,5%. Presque toutes les habitations d Islande sont chauffées à la géothermie. Islande = pays où l exploitation de l énergie géothermique est très importante sous diverses formes. Document 5 : Les centrales géothermiques productrices d électricité sont localisées au niveau de la zone de volcanisme actuel qui présente des sources d eau chaude et qui correspond à un champ de haute température. La carte montre que les basaltes les plus jeunes occupent environ la zone axiale de l Islande et que de part et d autre de façon symétrique les basaltes sont de plus en plus anciens. La géothermie productrice d électricité est une géothermie haute énergie nécessitant des températures supérieures à 90 C existant dans la zone volcanique active actuellement. Cette disposition des roches volcaniques indique que l Islande correspond à une zone de dorsale en fonctionnement, la dorsale atlantique, frontière entre les plaques nordaméricaine et eurasienne. En effet, la lithosphère océanique nouvellement mise en place au niveau de la dorsale «repousse» le plancher océanique plus ancien de part et d autre. Par conséquent, plus on s éloigne de la dorsale plus les basaltes qui constituent la partie superficielle du plancher océanique sont anciens. L Islande est donc une partie émergée d une dorsale, or ces dernières sont généralement situées entre 2000 m et 000 m de profondeur. Document 6 : Les variations de profondeur du Moho, discontinuité chimique entre la croûte et le manteau, montrent que la croûte de l Islande a une épaisseur d environ 17 à 40 km. Si l Islande correspondait uniquement à une dorsale, l épaisseur de sa croûte devrait être d environ 10 km. La croûte islandaise a donc une croûte d épaisseur nettement supérieure qui peut s expliquer à la fois par le fonctionnement de la dorsale et également par le fonctionnement d un point chaud. Document 7 : L Islande présente un flux de chaleur compris entre 100 et 200 mw.m -2. Le flux de chaleur important s explique car l Islande est située au niveau de la dorsale atlantique et d un point chaud. Il est à mettre en relation avec les fonctionnements d une dorsale et d un panache mantellique. La chaleur interne, qui a pour origine principale la désintégration des substances radioactives contenues dans les roches, est évacuée vers la surface par convection du manteau asthénosphérique au niveau de la dorsale et d un panache mantellique profond Document 8 : On observe deux zones d anomalies négatives des ondes sismiques sous l Islande : une zone superficielle et une zone qui prend racine au niveau de la limite manteau /noyau externe. La zone superficielle est à mettre en relation avec la zone de production de croûte au niveau de la dorsale. Interprétée en termes de températures, on peut dire que la zone qui relie la surface à la base du manteau correspondrait à l ascension d un panache mantellique chaud traduit en surface par un volcanisme de point chaud. Éléments issus des connaissances acquises Notions en relation avec la géodynamique terrestre : La mise en place des basaltes au niveau d une dorsale = le fonctionnement symétrique d une dorsale + l épaisseur de la croûte océanique. Existence de remontées de panache mantellique chaud à l origine d une activité magmatique importante. Existence d un flux de chaleur, manifestation de la dissipation de la chaleur interne de la planète, variable selon le contexte géodynamique. Il a pour origine principale la désintégration des substances radioactives contenues dans les roches. 4 CNED Terminale SN

5 Éléments de démarche «L élève présente la démarche qu il a choisie pour répondre à la problématique, dans un texte soigné (orthographe, syntaxe), cohérent (structuré par des connecteurs logiques), et mettant clairement en évidence les relations entre les divers arguments utilisés» Le problème est cité: Relation entre implantation des centrales géothermiques en Islande et contexte géodynamique lié à la dissipation de l énergie interne. Une explication découlant de l analyse des documents et des connaissances est proposée L Islande est une île volcanique située sur la dorsale atlantique (document 5). Sa croûte 2 à 4 fois plus épaisse (document 6) que la croûte océanique normale montre qu elle est le siège d une très forte activité magmatique qui s explique par le fonctionnement de la dorsale et par la montée d un panache mantellique profond (document 8). Il en résulte que le flux géothermique (document 7) et le gradient géothermique sont très forts dans la zone de l Islande présentant actuellement un volcanisme actif, ce qui permet entre autre une géothermie de haute énergie (document 4) pour la production d électricité. corrigé Schéma récapitulatif : Relation entre la dissipation de l énergie interne, le contexte géodynamique et l implantation de centrales électriques géothermiques en Islande. Flux de chaleur interne important (document 7) Fonctionnement de la dorsale atlantique. (documents 5 et 8) Fonctionnement d un panache mantellique. correspondant à un point chaud. (document 8) Magmatisme important. (document 5) Croûte épaisse (40 km) constituée des roches provenant du fonctionnement de la dorsale et de celles provenant du fonctionnement du point chaud. (document 6) Champ de haute température et nombreuses sources chaudes. (document 5) Tout les types de géothermie sont possibles dont la géothermie Haute Energie Implantation de centrales électriques géothermiques. (document 4) CNED Terminale SN

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