Le moteur thermique

 

 

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Parmi les éléments chimiques composant la Terre lors de son accrétion, il y a 4,55 milliards d’années, certains étaient radioactifs, en particulier les isotopes de l’uranium (²³⁵U et ²³⁸U), du thorium (²³²Th) et du potassium (⁴⁰K) . Ces éléments constituent une très faible proportion du volume terrestre mais disposent d’un pouvoir énergétique considérable. La désintégration de ces éléments radioactifs contenus dans les roches est la principale source d’énergie interne de la Terre.

Cette énergie produite à tout instant est dissipée en surface essentiellement par les continents et les océans sous forme d’énergie thermique. Les activités sismiques et volcaniques ne sont que des manifestations spectaculaires des phénomènes de dissipation énergétique. Mécaniques ou thermiques, ces phénomènes représentent seulement 4% des pertes énergétiques.

Il existe deux indicateurs permettant de mesurer la déperdition d’énergie en surface :

• Le flux géothermique mesure la quantité de chaleur dissipée à travers les roches. Le fait que la température augmente avec la profondeur démontre qu’il existe des échanges d’énergie thermique entre le centre de la Terre et sa surface. Il a une valeur moyenne de 60 MW/m² mais est loin d’être uniforme partout. Si ce sont les océans et les continents qui participent globalement le plus à la dissipation en raison des surfaces impliquées ; ce sont les régions volcaniques (points chauds et dorsales) qui perdent le plus d’énergie avec des flux géothermiques atteignant les 400 MW/m².
• Le gradient géothermique mesure l’augmentation de la température en fonction de la profondeur. Il existe deux mécanismes permettant la transmission de chaleur au centre de la Terre :
  • Dans la lithosphère, elle est transmise par conduction : l’énergie thermique se propage d’atomes en atomes par agitation thermique sans mouvement de matière. Cela se traduit par un fort gradient géothermique de 10 à 20°C par km de descente. La température à la surface est de 15°C alors que celle à la base de la lithosphère est de 1300°C.
  • Dans le manteau, l’énergie thermique est transmise par convection : c’est un mode de transport énergétique basé sur les mouvements de la matière. La matière chauffée perd de la densité et tend à remonter lentement. Plus tard, refroidie, elle gagne en densité et redescend tout aussi lentement. Le gradient thermique du manteau est faible, avec en moyenne 1°C par km de descente. On estime de manière encore peu précise la température du noyau à 5000°C.