Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

Mise à jour le 27/09/2013

Par Josée Broussaud

Connaissances Programme Terminales S (mai 2011)

La température croît avec la profondeur (gradient géothermique) ; un flux thermique atteint la surface en provenance des profondeurs de la Terre (flux géothermique). Gradients et flux varient selon le contexte géodynamique.

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.

Capacités et attitudes

Exploiter des données extraites des atlas régionaux des ressources géothermales en France, concernant la température des fluides extraits dans ces zones.
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.

Outils :

Il y a deux possibilités :

- Des fichiers kmz qui s'ouvre avec Google Earth et Fiche d'aide Simplifiée de Google Earth version 5, version 6, version 7

- Un fichier au format SVG à télécharger (Utiliser Firefox pour une ouverture en local),

un fichier SVG avec ouverture en ligne

QUIZZ

Des définitions :

La géothermie, du grec géo (la terre) et thermos (la chaleur) est un mot qui désigne à la fois la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre, et la technologie qui vise à l'exploiter.

Le Gradient géothermique ou accroissement de la température avec la profondeur varie avec:

la composition chimique des roches (proportion en éléments radioactifs),
le contexte géodynamique,
la convection si présence d’eau.
La variation de conductivité thermique (capacité à transférer la chaleur par conduction thermique) des couches sédimentaires.

Il est en moyenne de 31°C/km en France (110°C/km dans le 1^er km en Alsace, mais 12°C/km dans la région de Rennes). Bonté et al, 2010

Le Flux géothermique ou flux de chaleur : Quantité d'énergie évacuée par la Terre, exprimée par unité de surface et par unité de temps.

Le flux moyen est de 65mW.m^-2 à la surface des continents et de 101mW.m^-2 à la surface du plancher des océans soit 87mW.m^-2 pour l'ensemble du globe (Pollack et al, 1993)
Le flux thermique en un point donné est obtenu en multipliant la conductivité thermique et le gradient thermique. Il dépend de la radioactivité des roches et du refroidissement de la chaleur initiale de la terre par cristallisation du noyau terrestre.

Informations techniques	Activités proposées/ Données disponibles	Quelques indices de réponse
Ouvrir le fichier Géothermie en France.kmz (12,7MB) version du 30/avril/2014. Le fichier "géothermie", s'installe dans lieux temporaires. Dans "calques" ou "données géographiques" tout décocher Dans Outils/options/Vue 3D, cocher Affichage du relief et choisir un facteur d'élévation adapté. (0.5 à 3) Dans Outils/options/Général, cocher Afficher les résultats Web dans un navigateur externe. Dans Affichage, décocher "surface de l'eau " et "atmosphère" Cliquer sur le petit triangle qui est devant "Calques" et devant "Recherche", les 2 fenêtres se ferment laissant plus d'espace dans la fenêtre "lieux" qui est la zone de travail.	(éviter de superposer trop de données pour une meilleure lisibilité des informations)
Gradient géothermique et flux géothermique en France. Cocher "Températures de la Terre à différentes profondeurs en France", ainsi que la légende. Afficher successivement les températures à 1, 2, 3, 4, 5 km de profondeur. Après avoir décoché les "Températures de la Terre", cocher le flux thermique. Superposer successivement les données susceptibles de vous aider à la compréhension des variations du flux géothermique.	Parcourir l'ensemble des données présentes dans le fichier "Géothermie en France" pour trouver des indices de la présence d'une énergie interne. Observer que la température du globe croît avec la profondeur.Y a 'il une relation entre la température en profondeur et le flux géothermique ? Relever les régions où le flux géothermique est important et celles où le flux thermique est plus faible. Comment expliquer ces variations ?	Température de la Terre à 2 km de profondeur (BRGM) Flux thermique (BRGM) les valeurs élevées du flux sont associées : - aux remontées du socle : Massif Central, Vosges. - aux structures d'effondrement: Alsace, Bresse, Limagne.
Utiliser la chaleur de la Terre Tout Décocher puis Cocher "Les ressources géothermiques" "Quelques sites géothermiques", puis cliquer sur les i pour obtenir des informations. Cocher la géothermie en région, et cliquer directement sur une région de la carte, puis sur le lien présent dans le tableau. Sur l'atlas du potentiel géothermique, cliquer sur "Afficher le visualiseur complet" Entrer le nom d'une commune (Localisation), Regarder les couches affichées ainsi que les légendes. Cliquer sur le i de la barre du menu puis sur la carte pour accéder aux fiches "Potentiel géothermique".	Montrer qu’en France métropolitaine, les contextes géologiques permettent l’utilisation de la géothermie, haute, basse et très basse température. Présenter votre réponse sous forme d’un tableau en indiquant si possible le site, la température de l’eau, la profondeur de prélèvement, la lithologie, l'utilisation,- le contexte géologique. Exploiter les données extraites des atlas régionaux des ressources géothermales et indiquer s'il est possible d'utiliser l'énergie géothermique pour chauffer les serres horticoles de Saint-Jean- Le-Blanc (45 Loiret) ? Si oui, relever le nom de l'aquifère, la température, le débit, la profondeur du toit.	Les différents types de géothermie -BRGM Atlas géothermique Potentiel géothermique à Saint Jean Le Blanc
Géothermie et contexte géodynamique dans le monde Ouvrir le fichier Géothermie dans le monde.kmz (4,2 MB)version du08/2015 Cocher "électricité géothermique produite en 2010". Afficher la carte du flux thermique, les limites de plaques, les volcans... Afficher la tomographie sismique globale.	Citer les principaux pays producteurs d'électricité. Mettre en relation la situation de ces pays et de leurs ressources géothermiques avec leur position géographique, flux thermique,volcans, points chauds, limites de plaques, tomographie sismique... Quelles sont les zones favorables au développement de la géothermie haute énergie ?	Production d'électricité géothermique en 2010, mis en relation avec les volcans et plaques lithosphériques.
Potentiel géothermique aux Etats-Unis Ouvrir le fichier Géothermie aux USA .kmz (7MB) version du 28/08/12. Afficher les limites de plaques et les volcans. Double cliquer sur "The Geysers"	Montrer que la température du globe croit avec la profondeur. Quelles sont les régions des Etats-Unis où le flux thermique est le plus élevé? Comment peut-on l'expliquer ? Regarder les centrales géothermiques de The Geysers, le plus grand centre de géothermie au monde.	Flux thermique, volcans, limites de plaques

Informations techniques

Activités proposées/ Données disponibles

Quelques indices de réponse

Ouvrir le fichier Géothermie en France.kmz (12,7MB) version du 30/avril/2014.

Le fichier "géothermie", s'installe dans lieux temporaires.

Dans "calques" ou "données géographiques" tout décocher

Dans Outils/options/Vue 3D, cocher Affichage du relief et choisir un facteur d'élévation adapté. (0.5 à 3)

Dans Outils/options/Général, cocher Afficher les résultats Web dans un navigateur externe.

Dans Affichage, décocher "surface de l'eau " et "atmosphère"

Cliquer sur le petit triangle qui est devant "Calques" et devant "Recherche", les 2 fenêtres se ferment laissant plus d'espace dans la fenêtre "lieux" qui est la zone de travail.

(éviter de superposer trop de données pour une meilleure lisibilité des informations)

Gradient géothermique et flux géothermique en France.

Cocher "Températures de la Terre à différentes profondeurs en France", ainsi que la légende. Afficher successivement les températures à 1, 2, 3, 4, 5 km de profondeur.

Après avoir décoché les "Températures de la Terre", cocher le flux thermique.

Superposer successivement les données susceptibles de vous aider à la compréhension des variations du flux géothermique.

Parcourir l'ensemble des données présentes dans le fichier "Géothermie en France" pour trouver des indices de la présence d'une énergie interne.

Observer que la température du globe croît avec la profondeur.Y a 'il une relation entre la température en profondeur et le flux géothermique ?

Relever les régions où le flux géothermique est important et celles où le flux thermique est plus faible. Comment expliquer ces variations ?

Température de la Terre à 2 km de profondeur (BRGM)

Flux thermique (BRGM)

les valeurs élevées du flux sont associées :

- aux remontées du socle : Massif Central, Vosges.

- aux structures d'effondrement: Alsace, Bresse, Limagne.

Utiliser la chaleur de la Terre

Tout Décocher puis Cocher

"Les ressources géothermiques"

"Quelques sites géothermiques", puis cliquer sur les i pour obtenir des informations.

Cocher la géothermie en région, et cliquer directement sur une région de la carte, puis sur le lien présent dans le tableau.
Sur l'atlas du potentiel géothermique, cliquer sur "Afficher le visualiseur complet"
Entrer le nom d'une commune (Localisation), Regarder les couches affichées ainsi que les légendes.

Cliquer sur le i de la barre du menu puis sur la carte pour accéder aux fiches "Potentiel géothermique".

Montrer qu’en France métropolitaine, les contextes géologiques permettent l’utilisation de la géothermie, haute, basse et très basse température. Présenter votre réponse sous forme d’un tableau en indiquant si possible le site, la température de l’eau, la profondeur de prélèvement, la lithologie, l'utilisation,- le contexte géologique.

Exploiter les données extraites des atlas régionaux des ressources géothermales et indiquer s'il est possible d'utiliser l'énergie géothermique pour chauffer les serres horticoles de Saint-Jean- Le-Blanc (45 Loiret) ?
Si oui, relever le nom de l'aquifère, la température, le débit, la profondeur du toit.

Les différents types de géothermie -BRGM

Atlas géothermique

Potentiel géothermique à Saint Jean Le Blanc

Géothermie et contexte géodynamique dans le monde

Ouvrir le fichier Géothermie dans le monde.kmz (4,2 MB)version du08/2015

Cocher "électricité géothermique produite en 2010".
Afficher la carte du flux thermique, les limites de plaques, les volcans...
Afficher la tomographie sismique globale.

Citer les principaux pays producteurs d'électricité.

Mettre en relation la situation de ces pays et de leurs ressources géothermiques avec leur position géographique, flux thermique,volcans, points chauds, limites de plaques, tomographie sismique...

Quelles sont les zones favorables au développement de la géothermie haute énergie ?

Production d'électricité géothermique en 2010, mis en relation avec les volcans et plaques lithosphériques.

Potentiel géothermique aux Etats-Unis

Ouvrir le fichier Géothermie aux USA .kmz (7MB) version du 28/08/12.

Afficher les limites de plaques et les volcans.

Double cliquer sur "The Geysers"

Montrer que la température du globe croit avec la profondeur.

Quelles sont les régions des Etats-Unis où le flux thermique est le plus élevé? Comment peut-on l'expliquer ?
Regarder les centrales géothermiques de The Geysers, le plus grand centre de géothermie au monde.