Activité 0 : mise en place de la problématique / un article de presse
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§ Qu'est-ce que la géothermie ?
1.5 : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
l’énergie solaire, d'origine externe a
été étudiée en 2nde
Un
flux thermique d'origine interne se dirige aussi vers la surface.
L'étudier en classe terminale est à la fois
prendre conscience d'une ressource énergétique possible et un moyen
de comprendre le fonctionnement global de la planète.
1,5,1 : Etude de la géothermie
A1 : Exploitation de données sur gradient et flux géothermiques / Google earth + Excel
Les fichiers sont sur le cloud : classe →
travail → SVT :
®TS TP geothermie.odt
®gradient_géothermiques.xls
® TP geothermie_activite_resultat.kmz
® Géothermie en France_avril14.kmz
® geothermie_usa.kmz
® Géothermie dans le mondenov2013.kmz
TP TS Exploitation de données sur la géothermie
1/ Gradient géothermique :
Objectif : représenter
graphiquement le gradient géothermique moyen dans la croûte
continentale et comparer ce gradient moyen avec des mesures réalisées
en différents points du globe.
- Ouvrir le fichier « gradient_géothermique.xls »
- Tracer le graphique correspondant aux valeurs (en vert) « gradient géodynamique normal »
- (Penser à Ajouter un titre au graphique et à chacun des axes, ne pas oublier les unités)
- Le coefficient directeur de cette équation est le gradient géothermique moyen. Reporter sa valeur :
- Soit …………. °C/m = …………….°C/km = ………...°C tous les 100 m
2/ Flux géothermique :
Protocole pour rajouter des valeurs :
- Faire un clic sur la marge blanche du graphique, clic droit → « plage de données » → « séries de données » → « ajouter ».
- Dans la case « valeurs X », sélectionner les profondeurs des divers sites
- Dans la case « valeurs Y », sélectionner les températures des divers sites
- Placer sur ce graphique les valeurs obtenues sur divers sites géothermiques (cf site géothermique particulier en jaune).
- Trois groupes de sites peuvent être mis en évidence :
| Sites où le gradient géothermique est |
Nom des sites
|
| normal | |
| légèrement supérieur à la normale | |
| nettement supérieur à la normale |
3/ Géothermie
1/ A partir des fichiers « TP geothermie-activite-resultat »
fourni, localiser différents sites utilisant la géothermie :
Soults-la-forêt, Chaudes Aigues produisent de l'électricité ;
St Jean de Brayes, Blagnac, La Courneuve, Tremblay, Chelles, Chevilly
et Montgeron produisent du chauffage. Une différenciation visuelle
des deux types d’utilisation est proposée. Il peut s’agir
d’installations existantes ou de projets.2/ Utiliser les fonctionnalités de Google earth pour choisir la transparence de façon à voir l’ensemble des données.
3/ A partir de la confrontation des données obtenues, expliquer l’intérêt de faire circuler de l’eau entre l’aquifère et chaque type d’installation de surface (chauffage et production électrique).
4/ Établir alors une relation entre le type d’installation géothermique mise en place et la température de l’eau des aquifères.
5/ A partir de la confrontation des données et des connaissances, établir une relation entre le type de géothermie, la profondeur de la limite lithosphère/asthénosphère et le contexte géodynamique. Il s’agit de préciser l’origine géologique des conditions thermiques nécessaires aux deux types de géothermie. Aide : La limite entre lithosphère et asthénosphère correspond à l’isotherme 1200°C. Elle se trouve en moyenne à 150km de profondeur. La remontée de cette limite correspond généralement à un phénomène d’extension de la lithosphère, en contexte divergent ( dorsale, rifting,…), plus rarement à des remontées magmatiques de point chaud. Elle est couramment associée à une remontée du Moho dès que le contexte est divergent
4/ Gradient et flux géothermiques en France.
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 1er 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.
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.
- ouvrez le fichier : « Géothermie en France.kmz » depuis le réseau
- Dans les menus "lieux" et "données géographiques" ou « claques » tout décocher (éviter de superposer trop de données pour une meilleure lisibilité des informations et surcharge de mémoire vive)
- Dans Affichage, décocher "surface de l'eau " et "atmosphère"
- Cliquer sur le petit triangle qui est devant "Données" et devant "Recherche", les 2 fenêtres se ferment laissant plus d'espace dans la fenêtre "Lieux" qui est la zone de travail.
- Cocher "Températures de la Terre à différentes profondeurs en France".
- Après avoir décoché les "Températures de la Terre", cocher le flux thermique.
- parcourir l'ensemble des données présentes dans le fichier "Géothermie en France" pour trouver des indices de la présence d'une énergie interne.
- Montrer que la température du globe croît avec la profondeur.
- Quelles sont les régions de France où le flux thermique est le plus élevé ?
- Proposer une explication à l'importance du flux thermique dans le fossé rhénan.
- Cocher "Quelques sites géothermiques", puis cliquer sur les icônes bleues pour obtenir des informations.
- Cocher la géothermie en région, puis "accéder aux atlas". Choisir une région/ accès par carte ou par département/commune. Après affichage de la carte, cliquer sur le "i" dans la barre de menu, puis sur la carte.
- Utiliser les exemples d'utilisation de l'énergie géothermique proposés dans le fichier pour donner les caractéristiques de la géothermie très basse énergie ; basse énergie ; haute énergie ; profonde
- 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 ?
- Si oui, relever le nom de l'aquifère, la température, le débit, la profondeur du toit.
5/ Potentiel géothermique aux Etats-Unis
- Ouvrir le fichier « Géothermie aux USA .kmz »
- 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.
6/ Géothermie et contexte géodynamique dans le monde
- Ouvrir le fichier: « Géothermie dans le monde.kmz »
- Cocher "électricité géothermique produite en 2010".
- Afficher la carte du flux thermique, les limites de plaques et 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 ?
Pour aller plus loin :
- Cartographie des températures du sous-sol des bassins sédimentaires français : nouvelles compilation de données et interpolation juillet 2010 par BONTÉ D . et al.BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières).
- Données thermiques (flux de chaleur et température) 2006 Bonté D., et Guillou-Frottier BRGM
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