Chaudes Aigues et la géothermie

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
Type : Pratique du raisonnement scientifique 2 | Année : 2013 | Académie : France métropolitaine
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Chaudes Aigues et la géothermie
 
 

Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

svtT_1309_07_01C

Ens. spécifique

29

CORRIGE

 

France métropolitaine • Septembre 2013

pratique du raisonnement scientifique

Exercice 2 • 5 points

À Chaudes Aigues, en Auvergne, il existe depuis 1332 un réseau de chauffage urbain. Depuis cette époque, la ville continue d’être chauffée par un système de géothermie et a développé un centre de thermalisme.

> À partir de l’exploitation des documents mis en relation avec vos connaissances, expliquez l’origine de ce phénomène de géothermie locale.

Document 1

Localisation géographique de la source du Par à Chaudes Aigues


 

 

Cette source fournit toute l’année de l’eau dont la température varie entre 80 et 82 °C. Le débit moyen de cette source est de 17 m3. h–1.

D’après www.terdav.com et BRGM (Bureau de recherches géologiques et minières), septembre 2012

Document 2

Carte du flux géothermique en France


 

D’après La chaleur de la Terre, Raymond Ferrandes, ADEME Éditions, 1998

Document 3

Coupe schématique de la lithosphère au niveau de l’Auvergne


 

D’après Olivier Merle, université Blaise Pascal, Clermont-Ferrand

Document 4

Coupe géologique schématique de la région de Chaudes Aigues


 

D’après Amélioration de la connaissance des sources, BRGM, septembre 2012

Comprendre le sujet

Plutôt que d’exploiter systématiquement les documents dans l’ordre où ils sont proposés, il est préférable de suivre un plan répondant aux problèmes suivants :

  • déterminer l’origine des eaux de source de Chaude Aigues ;
  • expliquer leur température élevée et le mécanisme de leur arrivée en surface.

Mobiliser ses connaissances

  • La température croît avec la profondeur : notion de gradient géothermique.
  • Un flux thermique atteint la surface en provenance des profondeurs du globe terrestre.
  • Gradient et flux géothermiques varient suivant le contexte géodynamique.
  • L’énergie géothermique utilisable par l’Homme est variable d’un endroit à un autre.
Corrigé

Introduction

La région de Chaudes Aigues est remarquable par l’exploitation géothermique d’eau arrivant naturellement en surface à une température élevée. Nous allons exploiter les documents proposés pour dégager les caractéristiques géologiques de cette région qui rendent exploitable cette énergie géothermique. Nous établirons dans un premier temps l’origine des eaux de source, puis les facteurs responsables de leur température élevée ainsi que les mécanismes expliquant leur arrivée en surface.

I. L’origine des eaux de source de Chaudes Aigues

  • Le document 4 indique que des eaux superficielles s’infiltrent dans les cheminées volcaniques, traversent ainsi les terrains granitiques et atteignent, vers 2 000 mètres, des formations gneissiques dans lesquelles elles circulent.
  • Ces eaux remontent ensuite par l’intermédiaire de fractures localisées, en particulier au niveau de Chaudes Aigues.

Les eaux des sources de cette ville ont donc pour origine des eaux superficielles (pluie, neige…).

II. Les raisons de la température élevée des eaux de Chaudes Aigues

  • Les eaux superficielles froides se réchauffent en profondeur puisque, comme l’indique le document 1, elles reviennent en surface à une température de l’ordre de 80 °C.
 

Info

Le gradient géothermique moyen de la lithosphère continentale est de l’ordre de 10 à 13 °C par km. C’est une moyenne : il est nettement plus élevé dans la croûte continentale (30 °C par km) que dans le manteau lithosphérique.

  • Le document 4 indique que ces eaux gagnent des profondeurs de l’ordre de 2 à 3 km. À cette profondeur, leur température augmente en fonction du gradient géothermique de la région.
  • Le document 2 indique que le flux géothermique est supérieur à 100 mW/m2 dans la région de Chaudes Aigues, donc particulièrement fort par rapport à beaucoup d’autres régions françaises. Cela traduit un gradient géothermique élevé dans cette région.
  • Le gradient géothermique est élevé au niveau de Chaudes Aigues car, comme le montre le document 3, la limite lithosphère – asthénosphère est située à 55 km de profondeur, contre près de 90 km de part et d’autre.

Il y a donc une remontée de l’asthénosphère dans la région de Chaudes Aigues.

  • Comme la limite lithosphère – asthénosphère correspond à une température de l’ordre de 1 300 °C, on peut conclure qu’à l’aplomb de Chaudes Aigues la température à 55 km de profondeur est de 1 300 °C alors qu’elle est bien inférieure, à cette même profondeur, dans les régions voisines.

La remontée de l’asthénosphère explique le gradient géothermique élevé dans la région de Chaudes Aigues.

  • La déformation des péridotites lithosphériques indique qu’elles sont à une température proche de celle des péridotites asthénosphériques. La température à 30 km de profondeur, limite entre la croûte continentale et le manteau lithosphérique, doit être de l’ordre de 1 200-1 300 °C, ce qui correspond à un gradient géothermique moyen dans la croûte de 40 °C/km (1 200 : 30 = 40), nettement supérieur à la normale (30 °C/km).

Bilan

La structure géologique de la région permet la pénétration des eaux de surface jusqu’à 2 000-3 000 mètres de profondeur ainsi que leur circulation.

La remontée de l’asthénosphère est à l’origine d’un gradient géothermique élevé, ce qui entraîne une température de l’eau nettement supérieure à 90 °C (120 °C ou plus), 90 °C étant la température normalement atteinte à ces profondeurs : 30 °C/km, gradient géothermique, pour 3 km.

Les eaux chaudes ont une densité plus faible que les eaux de surface, ce qui leur permet de revenir en surface par un réseau de fractures particulièrement marqué au niveau de Chaudes Aigues.