Ch5 : L énergie interne de la Terre et son exploitation par l Homme

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1 T3 : Enjeux planétaires contemporains U1 : Géothermie et propriétés thermique de la Terre Ch5 : L énergie interne de la Terre et son exploitation par l Homme I. La géothermie Les hommes recherchent des sources d énergie permettant de diminuer l utilisation des énergies fossiles. A ce titre l utilisation de la chaleur interne de la Terre constitue une source d énergie potentielle, renouvelable à l échelle humaine utilisable pour récupérer de l énergie ou pour fabriquer de l électricité. On appelle géothermie les technologies permettant de récupérer de l énergie à partir de cette chaleur interne de la Terre. La géothermie ne représente actuellement moins d 1% de l énergie consommé sur Terre et ne représente qu'une infime partie de ce qui est dissipé. Plus on creuse profond dans la croûte terrestre, plus la température augmente. En moyenne, l'augmentation de température atteint 20 à 30 degrés par kilomètre. Ce gradient géothermique dépend beaucoup de la région du globe considérée. Il peut varier de 3 C / 100 m (régions sédimentaires) jusqu à C / 100 m (régions volcaniques, zones de rift comme en Islande ou en Nouvelle-Zélande). On distingue classiquement trois types de géothermie selon le niveau de température disponible à l'exploitation : la géothermie à haute énergie exploite des sources hydrothermales très chaudes, ou des forages très profonds où de l'eau est injectée sous pression dans la roche. Cette géothermie est surtout utilisée pour produire de l'électricité. la géothermie de basse énergie : géothermie des nappes profondes (entre quelques centaines et plusieurs milliers de mètres) aux températures situées entre 30 C et 100 C. Principale utilisation : les réseaux de chauffage urbain. 1

2 la géothermie de très basse énergie : géothermie des faibles profondeurs aux niveaux de température compris entre 10 C et 30 C. Principales utilisations : le chauffage et la climatisation individuelle II. Origine et dissipation de l'énergie interne A. Le flux géothermique : preuve de l'énergie interne La Terre possédant une température non nulle ( Zéro absolu), elle perd en permanence de l énergie par rayonnement. En surface, il est possible de mesurer quelle est la quantité d'énergie dissipée par la Terre, on parle de flux géothermique (en W.m -2 ) (il s agit d un flux énergétique (à savoir une quantité d énergie par unité de temps : W = J.s -1 )) par unité de surface.il existe d'autres mécanismes de déperdition d'énergie : séisme refroidissement des laves hydrothermalisme 2

3 B. Origine de la chaleur interne La chaleur interne provient essentiellement de deux origines : Energie initiale : lors de l'accrétion des planétoïdes pour former la Terre, une grande quantité de chaleur a été emmagasinée, depuis la Terre se refroidit lentement Energie issue des désintégrations nucléaires : certains isotopes, présent au sein du globe car présent dans les matériaux agglomérés lors de la formation de la Terre ne sont pas stable o il se produit une désintégration de ces isotopes. Il existe trois grands isotopes responsables de la libération de grande valeur d'énergie : l'uranium 238 le potassium 40 le thorium 232 C'est dans la croûte continentale que ces éléments sont le plus concentrés ce qui explique que c'est dans ces zones le flux soient élevés. Cependant en raison de son volume considérable, c'est le manteau qui produit la plus grande partie de l'énergie C. Etude tomographique La méthode tomographique permet de visualiser les températures à différentes profondeurs. A faible profondeur, on note que l'énergie est essentiellement dissipée au niveau des dorsales et des limites de plaques. Une étude plus en profondeur montre que 3

4 ce sont des phénomènes superficiels, et que dans le manteau inférieur, les zones les plus chaudes ne sont pas à l'aplomb des dorsales. La chaleur n'est pas uniquement véhiculée de manière verticale mais aussi de manière horizontale. D. Mode de transfert de chaleur La conduction : la température d'un corps est liée à l'état d'excitation des atomes qui le compose, si un corps est chaud, c'est que son état d'excitation est élevé, ce qui se traduit par une vibration des atomes, vibration transmissible au voisin, ainsi la conduction est le transfert de proche en proche de la chaleur, il ne s'agit pas d'un mécanisme efficace pour évacuer la chaleur La convection : celle ci consiste en un transfert de chaleur lié à un mouvement de matière, les éléments chauds monte vers la surface et les éléments froids redescendent, ces mécanismes verticaux sont très efficaces. E. La convection mantellique Dans le manteau l'essentiel de la chaleur est évacué par des mécanismes convectifs. Les matériaux chauds du manteau remontent alors que les matériaux froids vont redescendre, l'ensemble s'organisant autour de cellule de convection, cette organisation explique la possibilité de mouvements horizontaux. Le matériel chaud peut remonter dans des zones relativement proches de la surface, c'est l'exemple des dorsales, le matériel chaud remonte à la surface où il se refroidit et devient plus dense, ce qui provoque un plongement c'est le mécanisme de la subduction. 4

5 III. Energie et tectonique des plaques 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. Les courants de convection superficiels sont donc à l'origine des mouvements horizontaux de la lithosphère, il explique en effet les mécanismes d'accrétion et de subduction. La Terre est une machine thermique. 5