Gradient et Flux Géothermique :: Activité à partir de documents

Compétence visée : définir les notions de gradient
et flux géothermique à partir d'informations 
tirées d'un article. Schématiser ces notions.
Document A – Notions de gradient et de  flux géothermique
( d’après  http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/chaleur-Terre-geothermie.xml#flux-energie-interne)
Dans le sous-sol, la température augmente avec la profondeur, le plus souvent entre 10 et 30°C par km dans les régions non volcaniques, où elle peut augmenter beaucoup plus. C’est ce que l’on appelle le « gradient géothermique », parfois encore nommé « degré géothermique ».

Comme les roches ne sont pas des isolants parfaits, la chaleur a tendance à migrer des zones profondes chaudes vers les zones superficielles froides.

Depuis Joseph Fourier au XIXème siècle, on connaît les lois de propagation de la chaleur :

J = -k.ΔT/Δp,

  • avec “J” correspondant à ce que les géologues appellent flux de chaleur exprimé en W.m-2,
  • “k” à la conductivité thermique du milieu traversé exprimée en W.m-1.K-1 (Watt par mètre et par degré Celsius) (*)
  • et “ΔT/Δp” le gradient géothermique, correspondant à la variation de température (ΔT) en fonction de la variation de profondeur (Δp), exprimé en K.m-1 (degré Celsius par mètre).

Les mesures sur le terrain du gradient géothermique montrent que ce dernier varie entre 10 et 30 K.km-1 dans la plupart des régions, peut atteindre 100 K.km-1 dans certaines régions, et peut-être localement beaucoup plus fort au niveau de sites très particuliers et d’aires limitées en général au voisinage de volcans.

Les mesures au laboratoire de la conductivité des roches montrent qu’elle varie peu, entre 2,5 et 3,1 W.m-1.K-1.

Ces mesures permettent de calculer le flux de chaleur : sauf dans quelques zones exceptionnelles, celui-ci varie de 50 à 300 mW.m-2, avec une moyenne d’environ 70 à 80 mW.m-2.

Si on intègre ce flux sur l’ensemble de la surface de la Terre, on trouve que la puissance thermique globale est comprise entre 42 et 47 TW. On retient en général la valeur de 44 TW, à laquelle il faut ajouter les 2 TW dégagés par les éruptions volcaniques et les tremblements de terre.

La Terre perd donc globalement 46 TW, dont 4% de manière spectaculaire (séismes et éruptions volcaniques) et 96% de manière très discrète (le flux géothermique).

(*) ici le K correspond au °C et non pas au Kelvin !

Compétence visée : Localiser les anomalies positives du flux géothermiques
 à partir de mesures à l'échelle du globe

Document B – Mesures du flux géothermique global
(Source : http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/chaleur-Terre-geothermie.xml#flux-energie-interne)

chaleur-Terre-geothermie-04

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