L'origine de la chaleur interne de la Terre et sa dissipation en surface - Maxicours

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L'origine de la chaleur interne de la Terre et sa dissipation en surface

Objectif : A la surface du globe, on perçoit d'une part un flux de chaleur qui diffuse en continu au travers de la croûte, et d'autre part, des événements ponctuels tels que les irruptions volcaniques. Ces deux phénomènes manifestent la présence de matériaux chauds en profondeur.
Quelle est l'origine de cette chaleur interne ? Comment se manifeste-t-elle en surface ?
1. Une production de chaleur par les éléments radioactifs
Plusieurs sources de chaleur sont à l'origine de l'énergie interne du globe.

La Terre s'est formée par accrétion et ce sont essentiellement des matériaux en fusion qui la composaient à l'origine. De cette formation sont nées les différentes enveloppes qui la constituent aujourd'hui. Dès lors la Terre s'est refroidie, rapidement pour la croûte, et plus progressivement pour ses couches plus profondes. Ce refroidissement se poursuit actuellement mais ne représente qu'une faible part de la chaleur produite.

L'essentiel de la chaleur interne est lié à la présence d'éléments radioactifs dans les matériaux constitutifs de la Terre. Ces matériaux présents dès la formation du globe se désintègrent par radioactivité, mécanisme s'accompagnant d'une libération importante de chaleur.

L'étude de la composition chimique du globe permet d'accéder au type d'éléments radioactifs présents ainsi qu'à leur localisation. Les isotopes participant le plus au dégagement de chaleur sont l'uranium 238 (238U), le thorium 32 (32Th) et le potassium 40 (40K). Chaque isotope se désintègre à son propre rythme caractérisé par sa période ou demi-vie, définie comme le temps nécessaire à la disparition de la moitié des éléments radioactifs. Ces éléments se sont essentiellement répartis dans les couches superficielles du globe, croûte continentale notamment et manteau. De par son volume, le manteau constitue la plus grande source d'éléments radioactifs, bien que leur teneur y soit inférieure à celle de la croûte.

 

2. Une dissipation sur l'ensemble de la surface terrestre
Plusieurs manifestations de la dissipation de chaleur sont observables à la surface de la Terre. Outre les manifestations violentes, séismes, tremblements de terre, la surface du globe se caractérise par l'existence d'un flux de chaleur mesurable en tout point, correspondant à la chaleur ayant diffusé par conduction à travers les roches de la croûte.
Ce flux géothermique, d'une valeur moyenne de 80 mW . m-2,est très inégalement réparti à la surface de la Terre. On note des régions présentant un flux élevé, les dorsales, de l'ordre de 100 mW . m-2 et des zones à faible flux, les régions continentales, n'excédant pas 20 mW . m-2.

Ce flux géothermique est à mettre en relation avec la présence de matériel chaud en profondeur. Il est possible d'enregistrer l'augmentation de la température en fonction de la profondeur pour les couches superficielles ou gradient géothermique.

La valeur mesurée, de l'ordre de 20 à 30°C par kilomètre dans la croûte continentale, permet de construire la courbe représentative ou géotherme.
Pour les couches profondes, des mesures en laboratoire ont permis l'obtention de point d'ancrage à l'aide de cellules à enclume de diamant.

Toutefois, ce flux de chaleur reste minime par rapport à la chaleur rayonnée provenant du soleil.

 

L'essentiel

Illustration animée : La chaleur interne de la Terre est libérée en surface par le flux géothermique et par des manifestations plus ponctuelles et plus violentes. Cette chaleur interne a pour origine essentielle la désintégration de certains isotopes radioactifs. Elle n'est pas diffusée de façon homogène à la surface du globe et témoigne de l'activité thermique plus ou moins intense en profondeur. 
En cliquant sur l'onglet « Commentaires », on peut accéder à la carte concernant le flux géothermique, puis mettre éventuellement en relation les différents paramètres.

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