Géothermie et propriétés thermiques de la Terre - SVT TS

SVT-passion - Clotilde

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Cours de SVT Terminale S sur la Géothermie et propriétés thermiques de la Terre. Ce cours de seulement trois pages traitent de l'origine thermique de la Terre et des transferts d'énergie thermique.

Sujets

Sciences de la vie et de la Terre

SVT

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Publié par	SVT-passion
Nombre de lectures	816
Licence :	En savoir + Paternité, pas d'utilisation commerciale, partage des conditions initiales à l'identique
Langue	Français

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Thème 2A : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre (diapo n°1)

Document d’ appel: (Diapo n°2) http://hilobrow.com/2011/05/02/athanasius-kircher/Athanasius Kircher 1665 image extraite deMundus Subterraneus

(Commentaires  l’oral)Érudit du XVIIème siècle, il avait accès à la base de données constitué par les jésuites, «l’internet»il a rdig ce livre Mundus Subterraneusde l’poque. Trs curieux et imaginatif, (=mondes souterrains) aprs l’ruption du Vsuve de 1650 dont est extraite cette illustration. (Faire commenter l’image par les lves) C’est une coupe du globe, on observe sur la surface du globe des volcans en éruption en lien, par un conduit, avec une grosse boule de lave qui se situe en profondeur. On observe aussi des poches d’eaux ainsi qu’un rseau de rivires souterraines.Il y donc trs longtemps que l’imaginaire explique les manifestations volcaniques ainsi que les sources d’eaux chaude par la prsence en profondeur d’une source de chaleurIntroduction :(diapo n°3) Image de mineurs de charbon dans le dauphiné. (Diapo n°4) Au fond d’une mine de charbon, par 200m de fond les hommes travaillent sous une température de 35°C. (Image) Doc. 3p226 (manuel scolaire choisi : Belin). En effet, on constate que la température augmente avec la profondeur, 30°C par km en moyenne, mais il existe des lieux où ce gradient est plus élevé ou au contraire plus faible.(Diapo n°5)Gradient géothermique :la profondeur au sein de la Terre. La courbevariation de la température en fonction de correspondante est legéotherme. (Clic) Il existe donc une (des) source(s) de chaleur interne, dans le globe, qui va chercher à sortir vers la surface, L’ nergie thermique produite en profondeur est dissipe en surface, cela va tre  l’ origine d’ unflux géothermique. (Diapo n°6)valeur du flux moyen est de 60 mW/mLa 2. (Clic) Flux géothermique(en mW/m2) est la mesure de la quantit d’ nergie gothermique dissipe par unit detemps et de surface. (Clic) Doc. 4p228. On constate que ce flux est hétérogène, ildes zones o le flux est plus important, y a  400 jusqu’mW/m2et d’ autresoù il est plus faible 20 mW/m2. Que ll e e st l’or igine de ce tte é nergie t her mique ? Que ls s o nt lesméca nis me s, les p nt l’ hé no mè nes qui explique her mique ux géot hété ro gé né it é du fl ? Pe ut -o n e xpl oit er cett e é ner gie ? Co mme nt et à que lle s fins ? 7) n°(D iapo I/ L’origine de l’énergie thermique de la terre(Diapo n°8)D’aprs vous quelle est l’origine de cetteénergie thermique ? Réponse des élèves souvent entendue : de la lave ou du magma, donne l’occasion d’une discussion

Lachaleur initialele globe lors de la formation de la terre représente environ 25% de la chaleuraccumulée dans interne. (Clic) Laétivitcaoidar Elle est due  la dsintgration d’ lments chimiques radioactifsreprsente 75% de l’ nergie interne. instables présents dans les différentes enveloppes de la Terre. (Clic) D’ autres sources de chaleur existent mais tiennent une faible part dans laproduction de chaleur à la surface de la Terre. Où se localisela principale source d’nergie thermique? réponse des élèves souvent observée : dans le noyau(Clic) Sance d’ A. P. , utilisation d’ un tableur(activité 1 p229)(Clic)Bilan:l’ nergiethermique a pour originela dsintgration d’ lments radioactifs et est essentiellement produite dans le manteau. La concentration en éléments radioactifs est plus importante dans la croûte continentale mais la masse du manteau est telle q ue c’ est l quel’ nergie thermique produite est la plus importante

II/ Les transferts de l’énergie thermiques et leursconséquences(Diapo n°9)

A) Les transferts d’énergie thermique(Diapo n°10)Séance de T.P. + modlisation avec de l’ huile colore et non colore)(doc. 3p231Bilan existe 2 types de transfert d’ nergie thermique: il: laconductionet laconvection.(Diapo n°11)

Doc. 2p230. Laconductionest un mécanisme où la chaleur se transmet de proche en proche au sein d'un milieu. La chaleur, à l'échelle atomique, correspond à une agitation des atomes; les atomes agités, en « heurtant » leurs voisins, augmentent leur niveau de désordre et donc leur température. Laconvectionest un mode de transport de la chaleur qui s'accompagne de mouvements de matière: c'est le déplacement de matière chaude qui provoque le transfert de chaleur et donc l'élévation de température.

Si on considère un petit volume d'eau situé à la base du système, il se dilate quand il est chauffé: sa densité diminue donc, et il devient plus léger que l'eau qui l'entoure, ce qui provoque son ascension. À l'inverse, en surface, les volumes d'eau sont plus froids, donc plus denses que l'eau au-dessus de laquelle ils se trouvent: ils ont donc tendance à redescendre vers le fond du système. De cette façon se met en place une circulation d'eau dans le bécher, avec montée d'eau chaude et descente d'eau froide. Pour que la convection se déclenche, il faut que l'eau soit chauffée plus vite qu'elle n'est capable d'évacuer de la chaleur par conduction: en effet, dans le cas contraire elle ne se réchauffera pas, ne se dilatera donc pas, et la convection ne se déclenchera pas. Pour mémoire, on rappellera que les ondes électro-magnétiques peuvent aussi transporter de la chaleur par rayonnement(c'est le cas de la chaleur solaire dans l'espace); ce processus est bien évidement inopérant dans un milieu opaque comme l'intérieur de la Terre.

La Terre dissipe l’ nergie thermique par conduction dans la lithosphère et essentiellement par convection dans le manteau.

B) Les conséquences de ces transferts d’énergie thermique(Diapo n°12)Observez les documents, qu’en dduisez-vous ? Cliquez pour faire apparaître 2 images proches de celles du livres qui se superposent (Diapo n°13)

Doc. 4 et 6 p. 228-229. On constate que les zones où le flux géothermique est élevé se superposent aux dorsales, aux zones où il y a du magmatisme, des volcans et les zones froides aux zones de subduction.

Remarquer l’ouest du Pacifique o on observe un chapelet de petites zones plus chaudes le long de la zone de subduction.

Docs. p. 232. La tomographie sismique (Diapo n°14) permet de visualiser les anomalies de température dans le manteau.

La vitesse des ondse l’d dephystat imuqs sipnesed tesll’eenrsvera ud euqiuq sproc est mou, liquid.tP ul snuc rospte e donc chaud plus les vitesses des ondes sismiques sont ralenties ; plus un corps est rigide et donc froid et plus la vitesse sera élevée. La tomographie sismique compile les enregistrements de très nombreux séismes et relève les anomalies de vitesse sismique. Une zone provoquant un ralentissement des ondes, aura uneanomalie négative, ce qui sera interprété commeune zone plus chaudeInversement une zone permettant une accélération des ondes aura uneque la norme. anomalie positive, ce qui sera considéré commeune zone plus froide.

Doc.1 p 232. (Diapo n°15)ngative  l’ aplomb des les Samoa et nous prcise que cesOn constate une zone d’ anomalie îles présentent un important magmatisme de point chaud. Il y a donc ici au niveau de cette île du Pacifique une remontée de matériel chaud et profond. Ls, d’learch’un pileor fod’ dontimagila nu’d tnemenonner la plaqueq ius edlpca eeoi pc tnduah av niopd’levolcaniques. Seule la plus récente est encore en activité.(Diapo n°16)

Doc.2 p 232. (À comparer avec le doc 6 p229) (Diapo n°17)Ces trois images sont des tomographies sismiques de trois zones de subduction. On observe une bande d’ anomalie positive qui s’ enfonce plus ou moins profondment. (Environ

700  1700 km de profondeur selon les cas) Cela signifie qu’ un corps froid s’ enfonce en profondeur.En effet, on rappelle qu’ une zone de subduction est une zone o une plaque ocanique s’ enfonce sous une autreplaque.

Doc. 4 p 233. (Diapo n°18) Au final, la tomographie sismique nous permet de visualiser les mouvements de convection qui animent le manteau. La lithosphre ocanique froide et dense plonge dans l’ asthnosphre au niveau des zones de subduction. Ceci est le principal moteur des mouvements de divergence des plaques au niveau des dorsales. Cette divergence entrane la remonte de matriau chaud et peu profond (300 km) sous la dorsale ou  l’ aplomb de certains rifts. Les principaux mouvements de convection ascendants dans le manteau sont des panaches de matériaux issus des profondeurs du manteau (2900km) et  l’ origine d’ un magmatisme de point chaud.Rappel de 1ère S : modèle de Arthur Holmes 1945paniureap , ssque car  l’poti l ’nop neasmos lee que qupoitam ed stnemevu soltat l’re diesont impossibles.(clic)

Aujourd’ hui, on considre qu’ il y a une convection thermique  l’ tat solide du manteauet la tomographie sismique nous permet de la visualiser.

Bilan :(Diapo n°19) L effet En l’ origine de la convection mantellique.’ nergie thermique prsente dans le manteau est les conditions de pression et de température rendent les roches du manteau, les péridotites, ductiles. Or la convection au sein des roches dépends aussi de lcapacit  s’ couler et donc de leur viscosit.eur Ces mouvements sont  l’ origine de l’ activit sismique et magmatique du globe, la terre est ainsi une machine thermique.

III/ L’exploitation de l’énergie géothermique.(Diapo n°20) Livre p 226, 227 et 229.

Activité google earth.

Objectif: faire le lien entre des zones d’ exploitation en France mtropolitaine et la carte des flux gothermique.

Conférencesur l’ exploitation de l’ nergie thermique en FranceTrès basse énergie et basse énergie dans notre région. Htravers d’autres exemple en mtropole et outreaute nergie au -mer. Explications sur les principes de fonctionnement, avantages et inconvénients Conclusion : (Diapo n°21)

Il y a en permanence production de chaleur par désintégration radioactive dans le manteau. En surface on observe une dissipation inégale de cette chaleur, les dorsales et les points chauds sont des lieux d’ vacuation de la chaleur interne alimente par les mouvements ascendants de la convection du manteau.La connaissance des flux géotchoisir des sites appropris  l’ exploitation de cette nergiehermique permet de thermique pour du chauffage individuel ou collectif ainsi que pour de la production d’ lectricit.Remarque :c’est unui consomment del ’eltcirict .i qus aiitsscenop sed eq segapmergie nnouve reelc leba,sm reet Ouverture sur la notion «d’nergie propre» 