vendredi 13 janvier 2017

La géothermie et ses applications

La Terre produit de l'énergie. C'est avec l'énergie solaire des sources d'énergie inépuisables à l'échelle humaine.

Le gradient géothermique
On appelle gradient géothermique l'élévation de température avec la profondeur. Il est estimée à 3° C pour 100 m de profondeur. Sa valeur varie beaucoup en fonction des zones terrestres. Il est faible dans l'asthénosphère comparativement à ce qui se passe dans la lithosphère.


Le flux de chaleur à la surface varie selon les zones. Il est important au niveau des dorsales et des subductions mais aussi dans des bassins sédimentaires à faible épaisseur de croûte et faible dans les plaines abyssales.


Origine de la chaleur terrestre et modalités du transfert d'énergie
Ce sont les désintégrations d'éléments radioactifs qui sont la principale origine de la chaleur terrestre. Ces éléments sont au nombre de 4 principaux, le potassium 40, le thorium, l'uranium 235 et l'uranium 238.


Les deux couches où se situe l'essentiel des désintégrations sont le manteau et la croûte. Les isotopes sont beaucoup plus concentrés dans la croûte que dans le manteau, mais le volume du manteau en fait le principal contributeur.


La radioactivité naturelle varie considérablement selon les lieux. Elle est assez modérée en france, même si dans le Limousin, lieu d'anciennes mines d'uranium, elle est plus importante qu'ailleurs sur le territoire. On est loin des valeurs de certaines zones du globe. Sur la carte ci-dessous, a valeur est donnée en millisievert par an.


La propagation de la chaleur se fait selon deux modalités différentes : la conduction dans les solides et la convection dans les liquides.


Des expériences simples permettent de constater que le mécanisme de convection est beaucoup plus efficace que le mécanisme de conduction. On peut donc affirmer que dans les enveloppes de nature liquide de la planète (manteau inférieur, noyau externe) la chaleur se propagera par convection alors que dans les enveloppes solides (lithosphère, noyau interne), ce sera la conduction qui jouera.
Plusieurs modèles de convection dans le manteau ont été proposés. En voici un, pour exemple :

Un modèle de la convection dans le manteau et le noyau externe a été récemment proposé :


Utilisation des ressources géothermiques
L'utilisation de la géothermie est importante dans certains pays, notamment les USA ou les Philippines. Le schéma suivant représente la part d'utilisation de la géothermie selon les pays en 2007. En 2013, la situation n'a pas changé On constatera que le France est absente alors qu'elle possède des ressources géothermiques.


 L'utilisation de la géothermie est fondée sur un principe simple : l'eau des aquifères plus ou moins profonds se réchauffent du fait de l'existence du gradient géothermique. On peut alors pomper l'eau et récupérer les kW accumulées. on peut alors réinjecter l'eau dans l'aquifère de façon à ce que la zone soit géologiquement stable et que l'aquifère soit toujours alimenté.

Il existe plusieurs types d'exploitations géothermiques :

La carte suivante met en évidence les zones propices à la géothermie en France :


C'est en Alsace, à Soulz-la-Forêt, qu'une expérimentation de géothermie profonde a été mise en place; L'implantation est schématisée sur le document suivant :


D'autres zones seraient facilement exploitables comme celle de Chaudes-Aigues dans le Cantal, où une des sources est parmi les plus chaudes d'Europe puisqu'elle jaillit à 82° C (Source du Par).


Il est évident que l'exploitation de la géothermie est plus facile dans des zones à forte activité volcanique comme en Islande (usine de Krafla).


Un autre pays riche en ressources géothermiques est la Nouvelle-Zélande (station de Rotorua, sur l'île du nord).










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