V) La Terre une machine thermiqueRéférences : Manuel p. 335 à 345

Obs. p. 337 « Flux géothermique* » Flux géothermique* : c’est la quantité de chaleur sortant du sol par unité de surface. Le flux géothermique se mesure en W.m-2 (W/m2).

Bilan : le flux géothermique n’est pas uniforme à la surface de notre planète. Il est plus élevé dans les zones des dorsales et dans les autres zones volcaniques. Le flux géothermique sur notre planète est au total de environ 4.2 1013 W (60 mW.m-2)

Problème : Si la Terre émet de l’énergie sous forme thermique, c’est que la Terre contient de l’énergie…. sous forme de chaleur. Quelle est l’origine de cette énergie ? Comment cette énergie se dissipe t’elle ?

A) Origine de la chaleur interne de notre planète

1) La chaleur primitive.

Bilan : Lors de l’accrétion de notre planète de l’énergie a été stockée à l’intérieur de la Terre sous forme de chaleur (chaleur primitive). Il est difficile de quantifier cette chaleur primitive dans le flux globale mais certains scientifiques l’estiment à environ 1 10 13 W.

2) La chaleur latente

rappel : notre planète possède un noyau interne solide (graine) et externe liquide. Le noyau est pour l’essentiel composé de Fer et un peu de Nickel avec, peut-être quelques éléments plus rares et plus légers (Si ; O ; S ….etc ;)

Bilan 1 : La cristallisation du fer liquide [le noyau solide (graine) grandit au dépend du noyau liquide], à la limite graine–noyau externe, libèrerait de l’énergie.

Nb. : Lors de cette cristallisation de l’énergie est produite et émise ……= réaction exoénergétiqueCette énergie serait à l’origine de mouvements de convection dans le noyau liquide ….. mouvements de convection eux mêmes à l’origine du magnétisme terrestre.

Bilan 2 : Le processus de cristallisation du noyau est donc un processus producteur d’énergie, donc de chaleur. La chaleur émise lors de ce processus est appelée chaleur latente.

3)La chaleur provenant de la désintégration d’éléments radio actifs ( voir p. 336)

Bilan 1 : lors de l’accrétion de notre planète, il y environ 4.55 Milliards d’années, la Terre a accumulé des éléments radioactifs. La désintégration radioactive de certains de ces éléments se traduit par la production d’énergie sous forme de chaleur.3 éléments radioactifs (isotopes instables) sont particulièrement impliqués dans cette production de chaleur :

- l’Uranium ( 235U et 238U)……………désintégration en respectivement 207Pb et 206Pb- le Thorium (232 Th)…………………….désintégration en 208Pb- le Potassium ( 40K) ……………………désintégration en 40Ca.

Bilan 2 :- 1/3 de la chaleur serait produite par la croûte terrestre et plus particulièrement par la CC (La croûte terrestre a une concentration en éléments radioactifs plus élevée que la concentration du manteau)- 2/3 de la chaleur serait produits par le manteau ( la pauvreté relative du manteau en éléments radioactifs est largement compensée par son volume).

Bilan 3 : On Estime à 3,2 1013 W. la puissance dissipée en chaleur par la désintégration de ces 3 isotopes.

Conclusion : l’essentiel de la chaleur produite par notre planète provient donc :- de la chaleur primitive- et de la désintégration d’éléments radioactifs.

B) Dissipation de la chaleur interne de notre planète

obs. p. 336 « gradient géothermique » + diaporama

Bilan : le gradient géothermique n’est pas régulier :

- quand le gradient géothermique est élevé (forte variation de la température en fonction de la profondeur) cela indique que la température est transférée de manière peu efficace (ex. dans la lithosphère)- quand le gradient géothermique est plus faible ( variation de la température plus faible pour une même différence de profondeur) cela indique que la température est mieux transférée (ex. manteau)

Conclusion : Notre planète (non isotherme) dissipe sa chaleur à la surface du globe terrestre (flux géothermique). L’étude du gradient géothermique et du flux géothermique nous montre qu’il existe très probablement au moins 2 modes de transmission de la chaleur interne de notre planète vers la surface :

- la transmission par conduction- la transmission par convection

1) Transmission de la chaleur par conduction

Bilan 1 : dans tout corps, en l’absence de mouvements de matière (cas de la lithosphère) la chaleur se déplace des parties chaudes vers les parties froides par conduction thermique.

Bilan 2 : comme les roches de la lithosphère sont de mauvais conducteurs thermiques, le gradient géothermique dans la lithosphère est élevé.

2) Par convection

Bilan 1: la convection est un mode de transfert de la chaleur interne du globe qui implique : une circulation de la matièreLa matière située en profondeur, très chaude, moins dense et donc plus légère s’élève. Par ce mode de transfert la chaleur interne de notre planète est transportée des parties chaudes, profondes, vers les parties froides de la surface.La matière située en surface, plus froide, plus dense et donc plus lourde, descend.

Bilan 2 : Les mouvements verticaux de la matière (montants au niveau des dorsales et descendants au niveau des zones de subduction) vont induire des mouvements horizontaux. L’ensemble de ces mouvements forment ce que l’on appelle une cellule de convection (principe déjà vu en 2nde).

Bilan 3 : Il est admis aujourd’hui que des cellules de convection existent dans le manteau terrestre (= convection mantellique) . Cette convection mantellique évacue très efficacement la chaleur interne de notre globe.nb. : il existe actuellement plusieurs modèles de la convection mantellique ( voir document images).

C)Convection et tectonique des plaques ( très important pour la TS )

Bilan : Les mouvements de convection mantelliques rendent comptent des mouvements des plaques lithosphérique.Les courants ascendants de convection se manifestent par le volcanisme des dorsales.Les courants descendants de matériel froid correspondent à la plongée des plaques lithosphériques dans le manteau au niveau des zones de subduction ( à revoir en TS)Les mouvements horizontaux superficielles du manteau sont les moteurs du déplacement des plaques lithosphériques (divergence à partir des dorsales )

D) Cas particulier des points chauds manuel p. 340 et 341

Bilan 1 : Les points chauds sont des remontées ponctuelles de matériaux très chauds du manteau profond.( origine ?…plusieurs hypothèse :1) limite manteau inférieur et manteau supérieur 2) limite noyau- manteau).

Bilan 2 : Ces remontées de matériaux très chauds sous forme de panaches donnent naissance à des grandes accumulations de laves basaltiques comme les trapps (ex. trapps du Deccan ; trapps de Sibérie …. voir manuel).

Bilan 3 : Le déplacement de plaque lithosphériques au dessus d’un point chaud donne naissance à un alignement de volcans ( le volume de lave émis est important mais moins important que pour la formation de trapps ; hypothèse : lors de la formation des îles volcaniques le point chaud n’est plus alimenté que par « le pied » du panache)

Schéma bilan