La Terre, une machine thermique

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Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
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La Terre, une machine thermique

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L’inégale répartition du flux géothermique à la surface de la Terre est liée à la tectonique des plaques. La mise en évidence des mécanismes de transfert de l’énergie interne vers la surface est un moyen de compren­dre le fonctionnement global de la planète.

1La conduction thermique

 Dans un corps non déformable, un transfert thermique s’effectue depuis une zone chaude vers une zone froide, sans mouvement de matière par conduction.

 Ce transfert, de type diffusif, se réalise de proche en proche, d’atome à atome mais, comme la conductibilité thermique des roches est très faible, ce mécanisme est très lent : il faut 100 Ma pour traverser 50 km de lithosphère par conduction.

 Si toute l’énergie interne de la Terre était dissipée uniquement par conduction, le flux géothermique devrait être homogène à la surface du globe. La conduction ne peut donc expliquer à elle seule ni le flux élevé au niveau des dorsales océaniques (>fiche35) ni le mouvement des plaques.

2La convection mantellique


 Dans un corps déformable, la mise en mouvement de la matière va permettre un transfert thermique par convection. C’est le cas par exemple d’un corps chauffé par le bas et refroidi par le haut : la matière froide, plus dense, descend et la matière chaude, plus légère, monte.

 Ce mécanisme est induit et entretenu par une différence de densité de la matière, d’origine thermique. Il assure un transfert thermique beaucoup plus efficace que la conduction.

 La mise en évidence des mouvements de convection dans le manteau, principale enveloppe responsable du flux géothermique, est possible par la tomographie sismique.

 Les images tomographiques montrent que le flux géothermique, élevé au niveau des dorsales océaniques, traduit une ascension de matériaux chauds à leur niveau, associée à la production de nouvelle lithosphère.

 Au contraire, dans les zones de subduction, le plongement d’une lithosphère océanique froide et âgée devenue plus dense que l’asthénosphère (>fiche30) entraîne un flux faible.

Doc. Tomographie sismique à travers le globe terrestre.

Une accélération de vitesse correspond à une zone froide (en bleu), et une diminution de vitesse à une zone chaude (en rouge).


 La tomographie sismique montre de plus :

– que dans la majorité des zones de subduction, la lithosphère froide plonge jusqu’à la limite manteau-noyau ;

– que la remontée du manteau chaud, à l’aplomb des dorsales, ne provient pas de la base du manteau mais d’une profondeur d’environ 200 km. Seuls les points chauds sont associés à un flux ponctuel remontant de la limite manteau-noyau.

 Ces données permettent de construire un modèle de la dynamique du manteau(>dépliant,VIII) dans le cadre de la tectonique globale. La subduction de la lithosphère océanique froide et dense déclenche une descente active de matière froide dans le manteau. Au niveau des dorsales, la remontée de matériaux chauds vient alors compenser de manière passive l’écartement des plaques en surface. Dans ce modèle, seuls les points chauds représentent la trace d’une remontée active et ponctuelle de manteau d’origine profonde.

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