TP8 Pourquoi pas de géothermie à Nogent ?

Installations géothermique

s en Ile de France

http://www.iledefrance.fr/uploads/tx_base/brochure_complete.pdf

Ingénieur en géothermie, la société qui vous emploie vous a donné pour mission de convaincre les élus de la ville de Nogent sur Marne, que la géothermie est une source d’énergie renouvelable et inépuisable à notre échelle. Elle est donc une alternative intéressante à l’utilisation des énergies fossiles polluantes, chères et de plus en plus rares, pour chauffer les immeubles et établissements collectifs, ainsi que les maisons individuelles.

Votre réponse argumentée inclura un graphique tiré de vos résultats expérimentaux, interprétés, et mis en relation avec le principe de la géothermie utilisable par l’homme. Durée : 1h 20

ConsigneAfin de convaincre les élus de Nogent sur Marne d’utiliser une ressource énergétique « propre » telle que la géothermie pour le chauffage des habitations, vous exploiterez les documents à votre disposition (ainsi que votre exercice) et modéliserez les phénomènes responsables des transferts d’énergie dans la Terre pour montrer que cette source d’énergie est renouvelable et inépuisable.

Enveloppes

masse (en kg)

concentration des éléments

(ppm)

énergie thermique

produite par chaque élément

(W)énergie totale produite (W)

énergie totale(W)

% par enveloppe

238U/235U

232Th 40K

238U/235U

232Th 40K

238U/235U

232Th 40K

CC1,38

E+221,60E-06

5,80E-06

2,38E-06

CO6,90

E+219,00E-07

2,70E-06

4,76E-07

Man-teau

4,00E+24

2,70E-08

9,40E-08

3,90E-08

Noyau 1,99

E+241,00E-11

1,00E-10

1,19E-10

Exercice Belin p.229

Enveloppes

masse (en kg)

concentration des éléments

(ppm)

énergie thermique

produite par chaque élément

(W)énergie totale produite (W)

énergie totale(W)

% par enveloppe

238U/235U

232Th 40K

238U/235U

232Th 40K

238U/235U

232Th 40K

CC1,38

E+221,60E-06

5,80E-06

2,38E-06

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

2,19E+12

2,15E+12

9,16E+11 5,26E+12

CO6,90

E+219,00E-07

2,70E-06

4,76E-07

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

Man-teau

4,00E+24

2,70E-08

9,40E-08

3,90E-08

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

Noyau 1,99

E+241,00E-11

1,00E-10

1,19E-10

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

Enveloppes

masse (en kg)

concentration des éléments

(ppm)

énergie thermique

produite par chaque élément

(W)énergie totale produite (W)

énergie totale(W)

% par enveloppe

238U/235U

232Th 40K

238U/235U

232Th 40K

238U/235U

232Th 40K

CC1,38

E+221,60E-06

5,80E-06

2,38E-06

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

2,19E+12

2,15E+12

9,16E+11 5,26E+12

CO6,90

E+219,00E-07

2,70E-06

4,76E-07

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

6,17E+11

5,01E+11

9,16E+10 1,21E+12

Mant-eau

4,00E+24

2,70E-08

9,40E-08

3,90E-08

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

Noyau 1,99

E+241,00E-11

1,00E-10

1,19E-10

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

Enveloppes

masse (en kg)

concentration des éléments

(ppm)

énergie thermique

produite par chaque élément

(W)énergie totale produite (W)

énergie totale(W)

% par enveloppe

238U/235U

232Th 40K

238U/235U

232Th 40K

238U/235U

232Th 40K

CC1,38

E+221,60E-06

5,80E-06

2,38E-06

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

2,19E+12

2,15E+12

9,16E+11 5,26E+12

CO6,90

E+219,00E-07

2,70E-06

4,76E-07

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

6,17E+11

5,01E+11

9,16E+10 1,21E+12

Mant-eau

4,00E+24

2,70E-08

9,40E-08

3,90E-08

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

1,07E+13

1,01E+13

4,35E+12 2,52E+13

Noyau 1,99

E+241,00E-11

1,00E-10

1,19E-10

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

1,98E+09

5,35E+09

6,61E+09 1,39E+10

Enveloppes

masse (en kg)

concentration des éléments

(ppm)

énergie thermique

produite par chaque élément

(W)énergie totale produite (W)

énergie totale(W)

% par enveloppe

238U/235U

232Th 40K

238U/235U

232Th 40K

238U/235U

232Th 40K

CC1,38

E+221,60E-06

5,80E-06

2,38E-06

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

2,19E+12

2,15E+12

9,16E+11 5,26E+12 16,59

CO6,90

E+219,00E-07

2,70E-06

4,76E-07

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

6,17E+11

5,01E+11

9,16E+10 1,21E+12 3,82

Man-teau

4,00E+24

2,70E-08

9,40E-08

3,90E-08

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

1,07E+13

1,01E+13

4,35E+12 2,52E+13 79,50

Noyau 1,99

E+241,00E-11

1,00E-10

1,19E-10

9,94E-05

2,69E-05

2,79E-05

1,98E+09

5,35E+09

6,61E+09 1,39E+10 0,04

avec 79,5% de contribution à la production d’énergie d’origine interne, c’est le manteau qui est l’enveloppe qui produit le plus d’énergie géothermique par désintégration de ses éléments radioactifs → Réserve renouvelable et inépuisable à l’échelle humaine

Document 4 : les 2 modes de transfert de chaleur dans un milieu

La conduction : transfert de chaleur dans un solide ou un fluide, qui résulte de la différence de chaleur dans 2 régions d’un même milieu et qui se réalise sans déplacement de matière. L’énergie thermique se transmet de proche en proche par modification de l’agitation des atomes. C’est le mode de propagation de la chaleur dans la lithosphère.

La convection : transfert de chaleur avec déplacement de matière dans le milieu, lié à des différences de densité. La convection assure le transfert de la chaleur dans le manteau.

Document 5 : montage à réaliser pour comparer l’efficacité de ces 2 modes de transfert de chaleur

Montage 1 : modélisation de la convection

Source de chaleur placée au fond

Montage 2 : modélisation de la conduction

Source de chaleur placée en surface

Le thermomètre du bas ne doit toucher ni la résistance, ni le fond de la cuve. Ne pas « coller » le polystyrène sur la résistance

Le thermomètre du haut ne doit pas toucher la résistance.Le thermomètre du bas ne doit pas toucher le fond de la cuve. Même remarque pour le polystyrène.

Modélisation des transferts de chaleur: résultats

0tan28a566028 0tan4a56604 0tan9a56609 0tan14a5660140tan28a566028

0tan9a56609

0tan19a566019

0tan29a566029

0tan9a56609

0tan19a566019

0tan29a566029

0tan9a56609

Évolution de la température au cours du temps avec source de chaleur basse

T° C en basT°C en haut

Temps en minutes

Tem

péra

ture

en

°C

0tan28a566028 0tan9a566090tan28a566028

0tan9a56609

0tan19a566019

0tan29a566029

0tan9a56609

0tan19a566019

0tan29a566029

0tan9a56609

0tan19a566019

0tan29a566029

Évolution de la température au cours du temps avec source de chaleur haute

T°C en basT°C en haut

Temps en minutes

Tem

péra

ture

s en °

CInterpréter et conclure sur l’efficacité de ces 2 modes de transfert de chaleur.

Mettre en relation vos résultats avec le transfert de l’énergie thermique dans les enveloppes du globe terrestre.

Document 1

http://www.geothermie-perspectives.fr/07-geothermie-france/02-basse-energie.html

Ce bassin sédimentaire comporte cinq grands aquifères, dont le Dogger s’étend sur plus de 15 000 km2 avec des températures variant de 56 à 85°C. Ce réservoir assure aujourd’hui le fonctionnement de 34 installations géothermales.

Doc.1 : -L’aquifère du Dogger qui peut alimenter l’IdF de Melun à Paris et Meaux, se situe sous l’isotherme 60° et au-dessus de l’isotherme 100°, donc sa T° avoisine 75°C-L’aquifère du Lusitanien, à l’aplomb des mêmes villes, est situé juste au-dessus de l’isotherme 60°, donc sa T° doit être ≈ 50°. -L’aquifère du crétacé, moins profond doit avoir une T° ≈ 30°C.

Document 2a: températures des aquifères en France

http://svt.ac-montpellier.fr/spip/IMG/jpg/12geothermie1.jpg

Doc.2a : pour le BP, l’aquifère à + de 70°C est le + présent, donc le + exploitable

Document 2b: carte des températures de l’aquifère du Dogger en Ile de France

http://www.iledefrance.fr/uploads/tx_base/brochure_complete.pdf

Doc.2b : Sous Nogent l’aquifère du Dogger à une T° = 65-70°C, comme dans toutes les communes du 94 où des équipements collectifs et des maisons sont chauffées avec la géothermie, donc l’utilisation de cette source d’énergie est possible aussi à Nogent !

Document 3: Géothermie de basse énergie utilisable par l’hommePour la géothermie de basse énergie, la température des nappes est comprise entre 30 et 150 °C.En France, les régions Ile-de-France et Aquitaine ont développé l’utilisation de cette source énergétique, des réseaux de chaleur alimentés par géothermie chauffant près de 200 000 logements.

Doc.3 : confirmation que si la T° des nappes d’eau est comprise entre 30 et 150°C, la géothermie pour chauffer les logements est utilisable, ainsi que pour les utilisations industrielles, le thermalisme ou la balnéothérapie (celle-ci se fait à Champigny).

Type de géothermie Caractéristiques du ‘réservoir’ Utilisations

Très basseénergie

Nappe à moins de 100 mTempérature < à 30°C

Chauffage etrafraîchissement de locaux, avec pompe à chaleur

Basse énergie 30°C < Température < 150°CChauffage urbain, utilisations industrielles, thermalisme, balnéothérapie

Moyenne et Haute énergie 180°C < Température < 350°C Production d’électricité

Géothermie profonde

Roches chaudes sèches à plus de 3 000 m de profondeur

Au stade de la recherche, pour l’électricité ou le chauffage

Selon le niveau de température, on distingue différents types de géothermie, auxquels correspondent différents usages

http://www.ademe.fr/midi-pyrenees/a_2_15.html

Conclusion

Deux mécanismes de transfert thermique existent dans la Terre : la convection et la conduction. C’est ce dernier mode de transfert qui a lieu dans la lithosphère, où l’homme peut récupérer une infime partie de la chaleur ainsi dissipée.

Nogent, comme Champigny ou Bonneuil, pourrait utiliser sans problème l’énergie géothermique localement fournie par l’aquifère du Dogger (nappe d’eau souterraine datée du Jurassique, ère 2re), dont l’eau est à environ 65°C. Cette eau pourrait ainsi chauffer les logements et serait une énergie renouvelable, propre et inépuisable à l’échelle humaine.

Il n’y a donc pas que les régions volcaniques qui peuvent récupérer cette énergie ; les bassins sédimentaires avec leurs aquifères, le peuvent aussi.L'énergie géothermique utilisable par l'Homme est donc variable d'un endroit à l'autre, grâce aux moyens techniques nouveaux qui permettent même d’utiliser la très basse énergie.