Gradient et flux géothermiques
Qu'est-ce que le flux géothermique et comment se caractérise le gradient géothermique dans les profondeurs de la Terre ?
La quantité de chaleur dissipée par la planète est en moyenne de 3.1013 W.
Le flux géothermique varie selon le contexte géodynamique.
Il sera très élevé à l'aplomb des dorsales océaniques : la croute océanique étant de faible épaisseur, le manteau chaud est proche de la surface.
A contrario, il sera faible au niveau des fosses et des zones de subduction : l'emplacement du flux faible est associé au plongement de la lithosphère âgée devenue dense sans le manteau.
On peut également trouver un flux géothermique élevé sur les continents, comme en Alsace. Cette région se trouve dans un fossé d'effondrement qui présente une croûte continentale amincie, rapprochant ainsi le manteau de la surface.

Au niveau de la croûte, le gradient géothermique est de 30 °C.km-1 (soit 3 °C par 100 m dans la partie superficielle de la croute terrestre).

On remarque que c'est la désintégration de l'Uranium qui produit le plus de chaleur.
Éléments radioactifs majeurs | Concentration dans les enveloppes constitutives du globe (ppm) |
Production de chaleur par unité de
masse (W.kg-1) |
|||
Croûte continentale | Croûte océanique | Manteau | Noyau | ||
Uranium (235U et 238U) |
1,6 | 0,9 | 0,015 | 10-5 | 162.10-6 |
Thorium (232Th) | 5,8 | 2,7 | 0,08 | 10-4 | 6,6.10-6 |
Potassium (40K) | 25 000 | 4 000 | 200 | 1 | 4,8.10-9 |
Tableau 1 : Énergie d'origine radioactive, concentration en éléments radioactifs de chaque enveloppe terrestre. (1 ppm = 10-6 kg par kg de roche).
L'énergie totale produite par désintégration d'éléments radioactifs est de 22,6.1012 W (Tableau 2).
Croûte continentale | Croûte océanique | Manteau | Noyau | Total | |
Masse (en kg) | 1,38.1022 | 0,69.1022 | 398.1022 | 197.1022 | |
% de la masse totale | 0,23 | 0,11 | 66,6 | 32,9 | |
Énergie produite par la désintégration d'éléments radioactifs (en TW = 1012 W) | 5,76 | 1,26 | 15,59 | 0,014 | 22,6 |
% de l'énergie totale | 25,46 | 5,57 | 68,92 | 0,06 |
Tableau 2 : Énergie produite par les différentes enveloppes de la Terre.
Le flux thermique est variable : le flux moyen des continents est de 55,7 mW.m-2, celui des océans de 67 mW.m-2.
Il existe d'autres sources d’énergie interne :
• la chaleur initiale : c'est le refroidissement des matériaux terrestres profonds qui libèrent ainsi l’énergie accumulée pendant l’accrétion du globe produisant 1,23.1013 W.
• la chaleur de différenciation : c'est l'énergie libérée par le changement d’état des matériaux terrestres profonds, au niveau du noyau, les mécanismes de cristallisation du noyau externe liquide en solide produisant 0,47.1013 W.

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