Géothermie et propriétés thermiques de la Terre Objectif : le fonctionnement de la planète et une application (géothermie) - EXAO, tableur

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1 Objectif : le fonctionnement de la planète et une application (géothermie) - EXAO, tableur Observation : Quelle est la température moyenne au sol sur la terre? Comparer avec les données des documents suivants : Températures au sol des 4 planètes telluriques et de la Lune (énergie solaire) Geyser (100 C) Blue lagoon (baignade 45 C) Mine de charbon (40 C) Coulée basaltique (1200 C) Quels sont les problèmes scientifiques qui se posent? 1

2 Problème : quelle est l'origine de la chaleur du globe terrestre? Comment est-elle répartie? Comment peut-on l'utiliser? blouse, livre p. 222, 2 consoles SENS avec 8 thermomètres, 2 échantillons de roche taillée, plaque chauffante, support bois, 2 béchers, lampes, supports et pinces, pince en bois, tableur + fichier. Capacités et attitudes Activités expérimentales Compétences 1 - Le flux et le gradient géothermique Mettre en relation des données Exo 2, 3 et 4 p. 224 (voir cartes p. 3) Comparer avec le flux mondial p. 3 ou 226. Définir le gradient géothermique et le flux géothermique. Mettre en relation des données Réaliser une manipulation Réaliser une manipulation Mettre en relation des données Recenser des informations Extraire et organiser des informations 2 - Exploitation de la géothermie (science appliquée) Exo 1 p. 224, exo 1 p Choisir l'emplacement d'un puits d'exploitation p. 4. Définir les géothermies basses, moyennes et hautes énergies. 3 - Géothermie et contexte géodynamique (science fondamentale) - Conduction et convection. Réaliser les expériences p. 5 (en alternance). Définir la conduction et la convection - Répartition Décrire le flux géothermique et les transferts thermiques : En surface : à partir des docs p. 3. En profondeur : à partir du doc 2 p. 231 et exo 6 p Expliquer le principe de la tomographie sismique. - L origine de la chaleur Exo 5 p. 226 et 4 p Tectonique Expliquer les mouvements de la tectonique des plaques à partir des activités 2, 3 et 4 p. 226 à 231. Bilan Mettre en relation des données Relier l utilisation de la géothermie à la tectonique des plaques. Rédaction d un compte-rendu sur feuille double faisant apparaître la démarche expérimentale. Exploiter les données recueillies lors d une sortie locale. Exploiter des données extraites des atlas régionaux des ressources géothermales. Exploiter l imagerie satellitale et les cartes de répartition mondiale du flux thermique pour replacer les exploitations actuelles dans le cadre structural : magmatisme de rifting, de subduction ou de points chauds. Réaliser des mesures de conduction et de convection à l aide d un dispositif ExAO et les traiter avec un tableur informatique. Réaliser et exploiter une modélisation analogique de convection en employant éventuellement des matériaux de viscosité différente. Exploiter les imageries de tomographies sismiques. 2

3 Estimation du flux géothermique (en mw.m -2 ) (d après Vasseur 1982, BRGM) 3

4 Ressource complémentaire : Carte du bassin antillais Site de Bouillante Afin de déterminer l'emplacement d'un nouveau puits pour une exploitation géothermique. - FT L17 (tableur) - fichier sur le site - construire le graphique présentant les variations de température en fonction de la profondeur, sur les 0 premiers mètres pour chaque site (sans tenir compte des mesures entre 0 et - 50 mètres qui ne sont pas représentatives du gradient interne terrestre) - calculer le gradient géothermique moyen associé à chaque site en exploitant sa relation avec le coefficient directeur de la courbe linéaire de tendance - déterminer le site le plus favorable pour un nouveau puits 4

5 Ressource complémentaire : flux géothermique = conductivité x gradient géothermique. Déterminer la conductivité de 2 échantillons, afin de déterminer la meilleure roche pour la géothermie. - matériel EXAO + thermomètres - FT B06 ou B07 - plaque chauffante - support bois - FT L17 (tableur) - fichier sur le site - mettre chauffer la plaque chauffante (thermostat 6, pendant au moins 10 minutes). - placer le bloc verticalement sur la plaque pendant 1 min (préparer un support pour déposer le bloc chauffé). - placer la roche sur le support. - mettre les thermomètres en place - relever les températures pendant 6 min dans les deux échantillons. - compléter la fiche tableur, représenter par un graphique les températures mesurées en fonction de la distance, tracer les courbes de tendance, afficher les équations des droites (2 décimales), voir fiche méthode sur le site. - noter les coefficients directeurs des échantillons dans les cellules et le numéro de l'échantillon avec la meilleure conductivité. - bécher 250 ml - 2 thermomètres - pinces - lampe - support Afin de montrer le phénomène de convection - remplir le premier bécher d eau, placer 2 thermomètres (à l aide des pinces) en surface et en profondeur - éclairer par le dessus et mesurer les variations de température pendant 10 minutes. - réaliser le même montage, fixer le bécher sur le support - éclairer par le dessous et mesurer les variations de température pendant 10 minutes 5