Exercice corrigé Ancien programme

Exemple français de géothermie

I. Première partie

Après vingt-deux années de recherches et de travaux, le site pilote en géothermie profonde de Soultz-sous-Forêts produit de l'électricité qui suffit à alimenter un village de 1 500 habitants grâce à la chaleur des roches du sous-sol. Le document 16 montre les géothermes de plusieurs sites de géothermie remarquables au niveau mondial, dont celui de Soultz-sous-Forêts.

D'après l'étude du graphique du document 16, dites si les phrases suivantes sont correctes ou erronées. Dans ce dernier cas modifiez-les pour qu'elles soient justes.

1. La température augmente en fonction de la profondeur dans tous les sites.

2. À 1 kilomètre de profondeur, la température est de plus de 100 °C pour tous les sites.

Doc 16 Géothermes comparés de sites de géothermies remarquables

3. L'augmentation de la température est proportionnelle à celle de la profondeur.

4. Le gradient géothermique du projet KTB est constant.

5. Le gradient géothermique des autres sites est plus important en surface.

6. Les forages d'exploitation sont effectués à la même profondeur pour tous les sites.

7. La température de la roche exploitée est toujours la même.

8. Un forage de 5 000 mètres de profondeur au niveau du site de Soultz-sous-Forêts permet d'avoir une température de la roche de 200 °C.

9. Le site le plus intéressant est celui de Bouillante.

II. Deuxième partie

Le site géothermie profonde de Soultz-sous-Forêts est localisé dans le fossé rhénan.

D'après l'étude des documents 17 et 18, expliquez l'origine de l'intérêt géothermique de Soultz-sous-Forêts.

Le Moho ou discontinuité de Mohorovicic est la limite entre la croûte terrestre et le manteau supérieur.

III. Troisième partie

Une nouvelle phase de forage a permis d'atteindre 5 000 m de profondeur à Soultz-sous-Forêts.

À 5 000 m de profondeur, l'eau circule dans les fractures naturelles des roches dont la température est voisine de 200 °C. Elle est pompée (4) et remontée sous pression ensuite en surface (1), avec une température qui avoisine les 180 °C. Elle passe par un système d'échangeurs de chaleur (2) avant de rejoindre son milieu d'origine par l'intermédiaire du puits d'injection (3). Là, elle se réchauffe au contact des roches avant d'être à nouveau aspirée quelques jours ou quelques mois plus tard. L'eau est réinjectée dans le sous-sol après utilisation, dans un cycle permanent, sans incidence sur l'environnement. En passant par le système d'échangeurs de chaleur (2), l'eau géothermale cède son énergie thermique à un fluide de travail (isobutane) qui va se transformer en vapeur sèche et entraîner une turbine, couplée à un générateur qui produit l'électricité.

Après étude du document 19, repérez les phrases incorrectes et corrigez-les.

1. Ce site utilise une source d'eau chaude naturelle souterraine pour extraire son énergie thermique.

2. L'eau injectée se réchauffe en circulant dans les roches.

3. La température de l'eau sous pression atteint celle des roches avant d'être pompée.

4. Ce site utilise un forage de faible profondeur.

5. L'eau remonte naturellement en surface sous pression.

6. Cette technique permet de produire de l'électricité.

7. C'est l'eau géothermale qui entraîne une turbine et permet la production d'électricité.

8. C'est un exemple de géothermie sèche.

9. C'est un exemple de géothermie de moyenne énergie.

10. Il s'agit d'une énergie propre.

11. Il s'agit d'une énergie facilement disponible, renouvelable et durable.

Doc 17 Localisation géographique et caractéristiques thermiques
du site de Soultz-sous-Forêts

a. Carte du bassin rhénan.

b. Anomalies thermiques au niveau de Soultz-sous-Forêts.

Doc 18 Courbes d'égale profondeur (isobathes) du Moho sous le fossé rhénan

Doc 19 Site de Soultz-sous-Forêts

I. Première partie

1. Vrai.

2. Faux. Pour les sites de Friedland (60 °C) et le projet KTB (50 °C) en Allemagne, la température est inférieure à 100 °C.

3. Faux. C'est vrai seulement au niveau du site KTB, car le géotherme est une droite.

4. Vrai. Le gradient géothermique représente l'augmentation de la température en fonction de la profondeur en °C par km. Si le géotherme est une droite le gradient est toujours le même. Il est dans ce cas d'environ 30 °C/km.

5. Vrai. La température augmente plus en surface surtout pour les sites de Bouillante et Larderello. Le gradient géothermique y atteint 200 °C/km.

6. Faux. Le forage de bouillante atteint 1 km, celui de Larderello presque 2 km, Soultz 3 km, Friedland 4 km et le projet KTB plus de 7 km.

7. Faux. Pour Soultz et Friedland elle est proche de 150 °C, pour les trois autres elle est de plus de 200 °C.

8. Vrai. Sur le géotherme on lit bien qu'à 5 km de profondeur, la température du sous-sol atteint 200 °C.

9. Vrai. Le forage permet d'accéder à des roches à plus de 200 °C, à seulement 1 km de profondeur.

Analyse du document 17a : Le site de Soultz se trouve en bordure du fossé rhénan au nord de Strasbourg. Il y a à ce niveau un mouvement de divergence symbolisé par les flèches bleues.

Interprétation : Le site de Soultz est localisé dans une zone de divergence, dans un bassin d'effondrement ou rift. Il a été vu en première S qu'une zone de distension au sein d'une plaque continentale est à l'origine d'une dorsale et de la création de plaque océanique. Il y a donc amincissement de la plaque continentale et remontée de l'asthénosphère. Ce doit être le cas au niveau du bassin rhénan.

Analyse du document 17b : Il existe une anomalie thermique positive très importante au niveau de Soultz et dans l'axe du bassin rhénan. Plus on s'éloigne de l'axe, plus la température diminue.

Interprétation : L'anomalie thermique serait due à la remontée de l'asthénosphère plus chaude au niveau de l'axe du rift.

Analyse du document 18 : Le Moho est la limite entre la croûte et le manteau supérieur. Le site de Soultz se trouve entre 26 à 27 km au-dessus du Moho alors qu'en moyenne les croûtes continentales ont une épaisseur de 35 km. Il y a amincissement de la croûte au niveau du rift.

Interprétation : Dans les zones de divergence l'amincissement de la croûte s'accompagne d'une remontée de l'asthénosphère. C'est cette remontée qui serait à l'origine de l'anomalie thermique de cette zone, car du matériel chaud (péridotites du manteau) normalement plus profond est présent plus proche de la surface et dissipe plus d'énergie thermique.

Bilan

La remontée de l'asthénosphère due à la distension au niveau du fossé rhénan crée une anomalie thermique positive importante. Elle permet la présence de roches très chaudes à Soultz-sous-Forêts qui peuvent être exploitées en géothermie.

1. Faux. Ce site utilise l'énergie thermique du sous-sol. De l'eau est injectée dans la roche pour être chauffée à son contact, puis utilisée.

2. Vrai.

3. Faux. La température de l'eau sous pression atteint « seulement » 180 °C au contact de roches à 200 °C.

4. Faux. Le forage fait 5 km de profondeur, ce qui est très important.

5. Faux. L'eau est pompée.

6. Vrai.

7. Faux. L'eau géothermale transmet son énergie thermique à un fluide (isobutane) qui va passer en phase gazeuse. Ce sont ces gaz qui entraînent une turbine couplée à un générateur et permettent la production d'électricité.

8. Vrai. C'est l'énergie thermique de roches qui est utilisée pour chauffer de l'eau.

9. Vrai. L'eau est assez chaude (180 °C) pour permettre de produire de l'électricité.

10. Vrai. Cette énergie ne produit ni de déchets ni de gaz à effet de serre.

11. Faux. Cette énergie est durable et renouvelable, mais son exploitation nécessite des forages importants et onéreux. Elle n'est pas facilement disponible, et parfois son exploitation n'est pas rentable.

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