Les caractéristiques de l'énergie interne de la Terre
La Terre produit de la chaleur, qui n'est pas dégagée de manière uniforme. Il est possible de mesurer ce dégagement de chaleur en étudiant le flux et le gradient géothermiques.
Le flux et le gradient géothermiques
Le flux et le gradient géothermiques vont permettre de mesurer l'énergie dégagée par la planète sur des zones précises.
Flux géothermique
Le flux géothermique est la quantité de chaleur dégagée à la surface du globe par unité de surface.
Flux géothermique (mW.m-2) = gradient géothermique x conductivité de la roche
La valeur moyenne du flux géothermique est d'environ 60 mW.m-2, il est variable à la surface de la Terre.
Le flux géothermique est :
- Faible au niveau des fosses océaniques, en avant des zones de subduction (fosses) et au niveau des masses continentales.
- Fort au niveau des dorsales, aux environs des points chauds, des rifts continentaux et en arrière des zones de subduction (arcs volcaniques).
Les variations du flux géothermique sur la Terre
Gradient géothermique
Le gradient géothermique est la variation de température entre deux profondeurs. Ce gradient géothermique varie avec la profondeur, mais au niveau de la croûte le gradient géothermique est de 30°C par kilomètre, c'est-à-dire 3°C tous les 100 mètres. Ce gradient est plus élevé dans les zones où le flux géothermique est plus fort. Ce gradient est le reflet de l'existence d'une source de chaleur interne de la Terre qui est à l'origine du flux géothermique.
L'origine et la dissipation de l'énergie interne de la Terre
La chaleur de la Terre a différentes origines :
- La radioactivité présente dans les roches : elle est responsable de la majeure partie du flux géothermique. Le manteau pour la plus grande part, la croûte et, pour une moindre mesure, le noyau, possèdent des éléments radioactifs que sont l'uranium 235 et 238, le potassium 40 et le thorium 232 qui se désintègrent naturellement et produisent de la chaleur.
- La chaleur initiale : accumulée par la planète lors de sa formation et qui se libère en continu.
Cette énergie libérée dans la planète va être transmise à la surface par deux modes de transfert de la chaleur que sont la conduction et la convection.
- La conduction permet de transporter la chaleur sans mouvement de matière, c'est-à-dire de proche en proche, d'atome en atome. Ce processus de transfert de chaleur est peu efficace.
- La convection permet de transporter la chaleur avec mouvement de matière, les corps chauds moins denses vont remonter vers les structures internes de la planète. La convection est le moyen de transport de la chaleur le plus efficace, il est d'ailleurs responsable pour l'essentiel du flux géothermique.
La convection forme des cellules de convection qui sont des mouvements de matière au sein de la Terre. Ascendantes au niveau des dorsales, descendantes au niveau des zones de subduction.
L'utilisation de l'énergie géothermique de la Terre
Cette énergie est qualifiée de renouvelable et d'inépuisable, elle va servir de source de chaleur ou d'électricité en fonction du flux géothermique. Il est de ce fait possible de distinguer trois grands types de géothermie en fonction de la température de la zone de captage de l'eau.
- La géothermie très basse énergie : l'eau à environ 30°C est directement utilisée, par exemple par les pompes à chaleur géothermiques domestiques.
- La géothermie basse énergie : l'eau captée entre 1500 m et 2500 m de profondeur a une température comprise entre 30 et 100°C et est directement utilisée pour le chauffage urbain.
- La géothermie moyenne et haute énergie : l'eau sous forme gazeuse est transformée en électricité grâce à l'utilisation de turbines.