La Terre, machine thermique

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : L'épreuve orale
Type : Sujet d'oral | Année : 2012 | Académie : Inédit
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
La Terre, machine thermique

Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

Corrigé

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Sujets d’oral

svtT_1200_00_41C

Sujet d’oral n° 5

Géothermie et propriétés thermiques de la Terre

Ce sujet ne représente que l’une des deux questions qui peuvent vous être posées lors de l’épreuve orale de contrôle.

Exploitation d’un document

La Terre est une machine thermique dont l’activité se traduit par les déplacements des plaques lithosphériques et les phénomènes associés (volcanisme, formation de chaînes de montagnes). Comme pour toute machine thermique, cela implique des transferts thermiques.

> À partir des informations extraites des documents 1 et 2 et de vos connaissances, indiquez comment se font les transferts thermiques de la machine Terre et montrez comment ils sont associés à la tectonique des plaques.

Document 1

a) Température des 700 premiers kilomètres en fonction de la profondeur au niveau d’un continent (géotherme)


b) Géotherme à l’axe d’une dorsale


Document 2

Flux thermique au niveau des océans,
de l’axe de la dorsale jusqu’aux plaines abyssales


Corrigé

Exploitation d’un document


Saisie de données


Déduction, interprétation


Exploitation du document 1a

La température augmente constamment avec la profondeur, atteignant une valeur de 1 300 °C vers 100 km et de près de 1 600 °C vers 670 km.

On reconnaît deux grandes parties dans ce géotherme, la première allant de 0 à 100 km où la température augmente de 1 300 °C, et une autre allant de 100 à 700 km, où la température n’augmente que de 300 °C en 600 km, soit 50 °C par 100 km.


Puisque l’intérieur de la Terre est de plus en plus chaud au fur et à mesure que la profondeur augmente, il peut y avoir un transfert thermique de l’intérieur du globe vers la surface, ce qui est en accord avec la notion de machine thermique.

La profondeur 100 km correspond à peu près à la limite lithosphère – asthénosphère. Le gradient géothermique (augmentation de la température par kilomètre) est donc plus élevé dans la lithosphère (plus de 10 °C par km) que dans l’asthénosphère (0,5 °C par km). Cela traduit des modalités différentes de transfert thermique. Dans l’asthénosphère, il se fait par convection et, dans la lithosphère, par conduction. La convection est un transfert thermique engendré par un transfert de matière ; la conduction est un transfert thermique qui se fait de proche en proche suivant un gradient de température sans déplacement de matière.


Exploitation du document 1b

Le géotherme à l’axe des dorsales montre les deux mêmes parties, mais la température de 1 300 °C qui marque la limite entre asthénosphère et lithosphère est atteinte à une profondeur bien plus faible, de l’ordre d’une vingtaine de km. Le gradient géothermique dans la lithosphère est donc très élevé à l’axe des dorsales.

Exploitation du document 2

Le flux thermique très élevé au niveau d’une lithosphère océanique qui vient de se former diminue ensuite très rapidement, puis plus lentement, lorsque l’âge de la croûte océanique augmente. À partir de 80 millions d’années environ, il est constant.


L’asthénosphère est proche de la surface à l’axe de la dorsale ; cela est dû à un mouvement de convection ascendant qui transporte ainsi de la chaleur vers la surface. Au cours de ce mouvement ascendant, par suite d’une diminution de pression, il y a fusion partielle de la péridotite asthénosphérique, ce qui produit un magma qui, en se refroidissant, engendre la croûte océanique. Le manteau asthénosphérique qui n’a pas fondu, refroidi près de la surface devient du manteau lithosphérique. Le transfert de chaleur par convection à l’axe des dorsales est donc à l’origine de la formation de lithosphère océanique peu épaisse.

La lithosphère océanique formée à l’axe de la dorsale s’en éloigne ensuite ; elle est donc d’autant plus âgée qu’elle est éloignée de l’axe de la dorsale. Puisque le flux thermique diminue avec l’âge, cela signifie que la lithosphère océanique se refroidit en s’éloignant de l’axe. Ce refroidissement entraîne son épaississement (le manteau asthénosphérique, en perdant de la chaleur, devient du manteau lithosphérique). Il arrive un moment où la masse volumique de la lithosphère océanique devient supérieure à celle de l’asthénosphère sous-jacente, ce qui peut permettre l’initiation de sa subduction.