D. Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

Transcription

1 D. Géothermie 1. Dans un exposé présenté devant la classe, avec support, le 13 mars 2017 : Expliquer l origine de l énergie géothermique terrestre. Démontrer que cette dernière peut être exploitée comme source énergétique et qu elle peut être une bonne alternative face aux technologies déjà en place. Faites des propositions concrètes pour trois régions : bassin parisien, Soultz-sousForêts et Bouillante. En quoi ces sites sont particulièrement bien indiqués pour cette technologie. Ce travail fera aussi l objet d un rapport écrit rendu le 8 mars è Analyser des documents Doc 1 Flux géothermique terrestre > L énergie produite en profondeur est dissipée en surface. Le flux géothermique (en mw/m) est une mesure de la quantité d énergie géothermique dissipée par unité de temps et de surface. Le flux moyen est de 60 mw/m. < Doc 2 Concentration en éléments radioactifs dans les enveloppes terrestres. ppm signifie «partie pour million». Les différentes enveloppes terrestres contiennent des éléments radioactifs. Leur désintégration produit de l énergie thermique. Cette source d énergie interne inépuisable à l échelle de l humanité - est à l origine de 50 à 75% de l énergie thermique dissipée par la Terre. Doc 3 Le géotherme terrestre > Des données physiques ou minéralogiques permettent de connaître la température à certaines profondeurs : limite lithosphère-asthénosphère, limite asthénosphère-manteau inférieur (-670km), limite noyau externe-noyau interne (-5100km). La courbe qui relie ces différents points (dits d ancrage) est le géotherme. Elle est construite sur la base d hypothèses concernant le mode de transfert de l énergie thermique. 1

2 < Doc 4 Transfert de l énergie thermique au sein de la planète Il existe deux types de transferts thermiques : La conduction : transfert de chaleur qui se réalise sans déplacement global de matière. L énergie thermique se transmet de proche en proche par modification de l agitation des atomes. La convection : transfert thermique s accompagnant de la mise en mouvement de la matière. thermiques de la conduction et de la convection Doc Structures 5 Modélisation numérique et transfert de l'énergie thermique par conduction est convection. Dans les roches terrestres, le transfert de l'énergie thermique s opère par conduction et par convection. La densité d'un corps diminue lorsque la température augmente. La convection au sein des roches dépend aussi de leur capacité à s'écouler, c'est-à-dire de leur viscosité. Ci-contre, on a réalisé une modélisation numérique de l'évolution de la température au cours du temps dans un fluide en contact avec deux plaques dont la température est fixée. 39 Doc 6a Evolution de la température dans un bécher rempli d eau chauffée par le bas ou par le haut Une première série de mesures est réalisée en positionnant les sondes et le plongeur comme le schéma ci-contre. Une seconde série de mesures est réalisée en descendant le thermoplongeur près du fond. 2

3 L efficacité d un transfert thermique au travers d un matériau chauffé à sa base et sontempérature sommet est thermiques etrefroidi profilsà de d autant plus grande que la différence de température qui s établit entre sa base et son sommet est faible (mais que la différence de température est forte entre le fond du récipient chauffé et l eau et entre l eau et l atmosphère). e et a e qui on ue la e est pient eau et Doc 6b Profils de température de l expérience 6a Doc 7 Tomographie sismique La tomographie sismique permet de visualiser les hétérogénéités des températures dans le manteau. On rappelle que la vitesse de propagation des ondes sismiques diminue quand la température du matériau traversé augmente. Une anomalie de vitesse positive correspond à une arrivée précoce des ondes sismiques par rapport au temps théorique prévue. Une anomalie de vitesse négative correspond à un retard de l'arrivée des ondes sismiques par rapport au temps prévu. Les îles Samoa présente un important magmatisme de point chaud. 3

4 Doc 8 Géothermie de très basse, basse énergie et profonde Les bassins sédimentaires contiennent d importantes réserves d eaux chaudes. Leur exploitation pour le chauffage collectif permet d économiser 4, J d électricité par an, ce qui évite le rejet de plus de tonnes de CO2. Il est possible d en faire beaucoup plus : si les réserves d eau géothermale sont moins biens connues dans les régions où le socle cristallin affleure, il reste possible d y construire des installations individuelles qui exploitent l énergie géothermique récupérée par des fluides mis en circulation dans le sol à faible profondeur. Doc 9 Interview de Jacques Varet, conseiller de direction au BRGM. 4 Les rifts représentent un fort potentiel pour la production d électricité géothermique car le gradient géothermique y est élevé. La production d électricité géothermqiue présente l intérêt d être stable dans le temps et d émettre 10 fois moins de CO2 que les techniques utilisant les carburants fossiles. Doc 10 Interview de Albert Genter, ingénieur géologue.

5 Doc 11 Géothermie haute énergie Doc 12 Coupe simplifiée d un gisement hydrothermal surmonté d une centrale thermo-électrique 5

6 Doc 13 Flux géothermique en France en mw/m (Soultz) Doc 14 Les potentialités de la géothermie en France Un aquifère est une formation géologique ou une roche, suffisamment poreuse et/ou fissurée (pour stocker de grande quantité d'eau) tout en étant suffisamment perméable pour que l'eau puisse y circuler librement. Pour se représenter un aquifère, il faut imaginer un vaste réservoir naturel de stockage d'eau souterraine. Doc 15 Quelques stations thermales françaises Les sources hydrothermales des fonds océaniques libèrent des fluides riches en éléments chimiques à très haute température (350 C). Les geysers sont des sources d eau chaudes jaillissant par intermittence en projetant de l eau et de la vapeur à une température de près de 200 C. Ces deux exemples sont des manifestations évidentes de l énergie interne du globe. En France, plus de 1200 sources thermales sont connues. 6

7 Doc 16 Carte géologique simplifiée présentant les différentes structures géologiques. Doc 17 Coupe du bassin parisien avec ses principaux aquifères géothermaux 7