Mécanismes de transfert thermique- Première- SVT
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Comprendre comment l’énergie interne est dissipée à la surface de la Terre.
- Les roches sont des matériaux présentant une faible conductivité thermique. Ainsi, lors de son échauffement dans le manteau, la roche va devenir ductile (malléable). La matière chaude va remonter à la surface où elle va se refroidir pour ensuite redescendre. Elle est donc animée d’un mouvement de convection.
- La remontée de matière se fait à l’aplomb des dorsales tandis que la descente de matière se fait au niveau des zones de subduction.
- Une fois à la surface, la chaleur se dissipe par conduction.
- Le flux géothermique rend compte de cette dissipation hétérogène : elle est maximale au niveau des dorsales et des points chauds. Elle est élevée au niveau des zones où la croûte continentale est la plus mince (bassin sédimentaire, fossés d’effondrement).
Il existe deux modes de transfert d’énergie thermique : la convection et la conduction.
À l’échelle du globe, la
lithosphère est le siège de
phénomènes de conduction rendant compte
du flux géothermique observé. La limite
noyau-manteau libère aussi de
l’énergie par conduction en direction du
manteau.
Le géotherme dépend du mode de transfert
thermique. Dans le cas de la conduction, la
température augmente proportionnellement avec la
profondeur. Mais le géotherme dépend
aussi des propriétés conductrices et de
la composition des roches. Les variations de
géotherme observables à la surface de la
planète sont donc directement liées aux
différences de conductivité des
roches.
La péridotite, roche constituant le manteau,
présente une conductivité plus
élevée (4,2 à 5,8
W.m-1.K-1) que le granite (2,5
à 3,8 W.m-1.K-1) et les
roches de la croûte océanique, comme le
gabbro et le basalte (1,7 à 2,5
W.m-1.K-1) ou les roches
sédimentaires comme le calcaire (1,7 à
3,3 W.m-1.K-1).
Toutefois, les roches terrestres présentent des
conductivités thermiques plutôt faibles
(conductivité thermique de l’argent : 420
W.m-1.K-1, de l’eau : 6
W.m-1.K-1) qui limitent les
transferts d’énergie et favorisent le
stockage de la chaleur.
Comparé à une roche sédimentaire
aura des propriétés bien plus isolantes
qu'une roche magmatique comme la péridotite.
Le mouvement de convection est un phénomène
facilement observable lorsqu'on chauffe de l'eau.
Si on chauffe un récipient rempli d’eau par
sa base et qu'on suit l’évolution de la
température de l’eau en bas et en haut du
récipient, on constate que la température
augmente de la même façon aux deux niveaux.
Il y a donc un transfert de chaleur de la base vers la
surface du volume d’eau.
Dans ce cas, l’eau chauffée à la base
remonte à la surface où elle se refroidit
en libérant la chaleur. Une fois refroidie, elle
redescend à la base ; elle décrit ainsi
un mouvement de convection.
Ce mouvement tend à homogénéiser les températures.
C'est la couche inférieure du manteau qui
va être animée de mouvements de convection
permettant la remontée à la surface de
l’énergie interne. Cette dynamique permet le
mouvement des plaques lithosphériques.
Les dorsales océaniques sont le siège de
la remontée de l’énergie interne
par convection alors que les zones de subduction sont
le siège de la descente de la matière
refroidie. Ces mouvements sont visibles grâce
à la tomographie sismique qui permet de
distinguer les zones chaudes des zones froides à
l’intérieur du globe.
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