Les émissions de laves, les geysers ou certaines sources thermales chaudes sont autant de preuves de l’existence de sources d’énergie internes à la Terre capables d’échauffer les roches en profondeur.
Alors que les combustibles fossiles constituent une ressource limitée, la géothermie peut-être une alternative à notre approvisionnement énergétique.
I- Flux géothermique et contexte géodynamique :
1. La Terre libère de la chaleur d’origine profonde :
La libération d’énergie interne se traduit, en surface, par de nombreuses manifestations : geysers, sources hydrothermales mais aussi éruptions volcaniques.
2- Gradient géothermique et flux géothermique :
Le gradient géothermique mesure l’augmentation de température lorsqu’on s’enfonce dans le sous sol. Sa valeur moyenne est de 30°C par kilomètre.
Le flux géothermique correspond à la dissipation permanente d’énergie interne à la surface du globe. Il dépend du gradient géothermique mais aussi de la nature des roches, et donc de leur conductivité thermique. Sa valeur moyenne est de 65 mW.m-2.
La température croît avec la profondeur (gradient géothermique) ; un flux thermique atteint la surface en provenance des profondeurs de la Terre (flux géothermique).
3- Gradient et flux géothermique varient selon le contexte géodynamique :
Le gradient et le flux géothermique varient selon le contexte géodynamique. Comme le gradient, le flux géothermique varie d’une région à l’autre, il est d’autant plus élevé que le gradient l’est aussi.
Il est particulièrement élevé au niveau des dorsales, des points chauds, des arcs volcaniques associés aux zones de subduction.
II- Origine du flux géothermique et modalités du transfert d’énergie
1- Une origine principale : la désintégration d’éléments radioactifs :
Les minéraux des roches peuvent contenir certains isotopes radioactifs dont les désintégrations libèrent de l’énergie capable d’échauffer des matériaux dans lesquelles elles se déroulent.
L’uranium (238 et 235) le Thorium (232) et le potassium (40) sont responsables de la majeure partie de la libération d’énergie par désintégration radioactive.
Exercice Livre question 1 page 229 (correction)
Le manteau terrestre, bien que pauvre en éléments radioactifs rend compte à lui seul de 70% de la libération d’énergie d’origine radioactive.
Le flux thermique a pour origine principale la désintégration des substances radioactives contenues dans les roches.
2- Deux mécanismes de transfert inégalement efficace :
La conduction et la convection représentent les deux modes de transfert de la chaleur depuis la profondeur vers la surface.
La conduction à travers la lithosphère, transfert de chaleur sans déplacement de matière, permet la dissipation delà majeure partie de l’énergie produite.
La convection est un transfert avec des déplacements de matière qui s’organisent en cellules de convection. C’est un moyen très efficace pour véhiculer l’énergie thermique, mais c’est aussi le moteur du déplacement des plaques lithosphériques.
Deux mécanismes de transfert thermique existent dans la Terre : la convection et la conduction.
Le transfert par convection est beaucoup plus efficace
3- La Terre est une machine thermique:
On peut considérer la terre comme une sphère dans laquelle existe une convection lente du manteau à l’origine des remontées et des descentes asthénosphériques.
Il existe deux couches, de part et d’autre de cette zone de convection, où règne la conduction : la lithosphère et l’interface noyau/manteau. C’est la conduction à travers la lithosphère qui est responsable du flux géothermique mesuré.
Le flux géothermique de surface est le reflet de la dynamique du globe : le flux élevé à l’aplomb des dorsales est associé à la production de lithosphère océanique.
Au niveau des zones de subduction on observe un flux faible associé à la subduction de la lithosphère âgée et froide, et un flux élevé associé à l’arc volcanique associé à la subduction.
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. La Terre est une machine thermique.
III- L’énergie géothermique est utilisée par l’Homme:
1- Une ressource inépuisable à l’échelle humaine:
L’énergie géothermique est utilisée par l’Homme avec deux objectifs principaux : la production de chaleur pour le chauffage et la production d’électricité. Ce prélèvement est infime par rapport à l’énergie dissipée par la Terre : on peut donc considérer que cette énergie est une ressource inépuisable à l’échelle humaine.
2- Les ressources géothermiques dépendent du contexte géologique:
Les ressources géothermiques dépendent du contexte géologique : elles sont importantes dans les régions volcaniques, les zones de rift comme l’Islande et, dans une moindre mesure, dans des bassins d’effondrement (l’Alsace par exemple).
L’énergie géothermique utilisable par l’Homme est variable d’un endroit à l’autre. Le prélèvement éventuel d’énergie par l’Homme ne représente qu’une infime partie de ce qui est dissipé.
