L'énergie de la Terre

Hervé Martin, Patrick De Wever

Description

La Terre est une planète active dont la puissance du dynamisme impressionne toujours les humains. L’érection des chaînes de montagnes, le volcanisme, les tremblements de terre, l’érosion, les courants marins, le climat… sont autant de mécanismes résultant de transferts d’énergies, que celles-ci soient interne ou externe (le Soleil). Les interactions entre ces dernières ont déterminé les caractéristiques de notre planète, en ont régi l’évolution et permis l’émergence de la Vie.

Sujets

• Sciences de la nature
• Sciences de la terre
• Science de la Terre
• Earth Sciences
• Sciences et techniques
• Science
• Sciences de la Terre

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 06 juillet 2017
• Nombre de lectures: 2
• EAN13: 9782759821464
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 12 Mo

Extrait

L’

ventaire national du patrimoine géologique ainsi que du groupe « Geohe ritage » pour l’International Union of Geological Sciences, et expert auprès de l’UNESCO.

professeur du « Laboratoire Magmas et Volcans » de l’université de Clermont Auvergne, est l’auteur de plus de 120 articles dans des revues internationales et éditeur de 7 ouvrages scientiques. Il est spécialiste

la géologie de la Terre primitive (Australie, Afrique du Sud, Brésil, Inde, Scandinavie…). Cette recherche l’a conduit à s’intéresser aussi au pro blème de l’apparition et du développement de la Vie.

Hervé Martin &

Patrick De Wever

erre à portée de main énergie de la Patr L ick D ’ e Wever&Hervé Martin Terre

L’énergie de la Terre

erre à portée de main énergie de la Patr L ick D ’ e Wever&Hervé Martin Terre

Dans la même collection : La valse des contînents, P. Dé Wéé ét F. Duanthon, 2015, ïSBN : 978-2-7598-1182-3 L’eau de la vîe, P. Dé Wéé, 2015, ïSBN : 978-2-7598-1189-2. Voyage d’un graîn de sable, P. Dé Wéé ét F. Duanthon, 2015, ïSBN : 978-2-7598-1183-0 Du vert au noîr : le charbon, P. Dé Wéé ét F. Baudîn, 2015, ïSBN : 978-2-7598-1791-7 Terre de météorîtes, P. Dé Wéé ét E. Jacquét, 2015, ïSBN : 9978-2-7598-1928-7 Quand la vîe fabrîque les roches, P. Dé Wéé ét K. Bénzéaa, 2016, ïSBN : 978-2-7598-1978-2 Le sel, saveur de la Terre, P. Dé Wéé ét J.-M. Rouchy, 2016, ïSBN : 978-2-7598-2049-8

Collection « La terre à portée de main » dirigée par Patrick de Wever

Cette collection, dont les textes sont ponctués d’anecdotes, de petites questions et richement illustrés, est destinée à un très large public. Elle a pour vocation de présenter et de donner des notions très abordables en géologie sur les phénomènes et constituants de notre planète.

ïmpîmÈ én Fancé ïSBN (papîé) : 978-2-7598-2104-4 - ïSBN (ébook) : 978-2-7598-2146-4 Tous doîts dé taductîon, d’adaptatîon ét dé époductîon pa tous pocÈdÈs, ÈséÈs pou tous pays. La oî du 11 mas 1957 n’autoîsant, auX témés dés aî- nÈas 2 ét 3 dé ’atîcé 41, d’uné pat, qué és « copîés ou époductîons stîctémént ÈséÈés à ’usagé pîÈ du copîsté ét non déstînÈés à uné utîîsatîon coéctîé », ét d’auté pat, qué és anaysés ét és coutés cîtatîons dans un but d’éXémpé ét d’îus- tatîon, « touté épÈséntatîon întÈgaé, ou patîéé, faîté sans é conséntémént dé é ’autéu ou dé sés ayants doît ou ayants causé ést îîcîté » (aînÈa 1 dé ’atîcé 40). Cétté épÈséntatîon ou époductîon, pa quéqué pocÈdÈ qué cé soît, constîtué- aît donc uné contéfaçon sanctîonnÈé pa és atîcés 425 ét suîants du codé pÈna.

© EDP Sciences 2017

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Lés autéus tîénnént à émécîé toutés céés ét tous céuX quî és ont aîdÈ à ’Èaboatîon dé cét ouagé, d’uné manîèé ou d’uné auté : Domînîqué Capéntîé, Antonîo Cauzo, Fancé Cîtînî, Bîgîtté Gon- zaéz, Phîîppé LéouX, Jéan-Pîéé Loand, Jéan-Pau Saînt-Matîn. Nous aons éu a chancé dé bÈnÈIcîé dés compÈténcés d’AéXandé Léthîés. ï a toujous éXÈcutÈ, aéc cÈÈîtÈ, dés déssîns ÈÈgants, n’hÈsî- tant pas à péndé dés înîtîatîés héuéusés, ét à épéndé dé mutîpés foîs és hÈsîtatîons ét és éssaîs dés autéus. Cé taaî ést éfféctuÈ dans é cadé dé ’ASM Patîmoîné gÈoogîqué natîona du MusÈum, dé ’UMR 7207 : MNHN – CNRS – UPMC, ét du Laboatoîé Magmas ét Vocans : UCA – CNRS – ïRD.

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Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1D’où vient cette énergie ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 L’énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Chaleur résiduelle d’accrétion et de la différenciation noyau-manteau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Chaleur produite par la radioactivité naturelle . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Chaleur libérée par la cristallisation du noyau . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Énergie gravitationnelle due aux marées terrestres . . . . . . . . . . . 12 Évolution temporelle de la production d’énergie interne terrestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 L’énergie externe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Bilan énergétique solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Énergie absorbée par l’atmosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Énergie réLéchie par les surfaces : albédo . . . . . . . . . . . . . . 18 Distribution de l’énergie solaire en fonction de la latitude . . 19 Effet de serre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Redistribution de la chaleur à la surface du globe . . . . . . . . . . . . . 23 Évolution temporelle de l’énergie solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2Échanges de chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Mode de transfert de chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Conduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Convection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Rayonnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Fluxdechaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3Effets de la chaleur interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 LaTerre«molle»estronde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Magnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Tectoniquedesplaques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Lienentreplaquesetéchangesdechaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Séismesinduits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Volcanisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Le volcanisme de point chaud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Geysers, sources chaudes, volcans de boue et mofettes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Atmosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Transformationdessédimentsetroches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Charbons et pétroles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Métamorphisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Minéraux et minerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4Utilisation par l’Homme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Géothermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Géothermiehautetempérature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Géothermiemoyennetempérature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Thermalisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Sources chaudes et source de maladies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Énergienucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Productiond’électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Propulsiondevéhicules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 Armesnucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Datationdesroches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Magnétisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Navigation(boussole) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Prospectionminière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 RecherchescientiIque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

5Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Conceptsinitiaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Apportsexpérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 93

6Mythes, religion, littérature, arts… . . . . . . . 97 Desmythespourconjurer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Desmythescréateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Glossaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

Les mots avec * renvoient au glossaire.

Crétacé

Mésozoïque

Système

Séries 2

Terreneuvien

Séries 3

Cambrien

Supérieur

4000

~4600

Ère

Protérozoïque

Furongien

201.3±0.2

Éon

Néoarchéen

Mésoarchéen

Éoarchéen

Guadalupien

100.5

541.0±1.0

Jurassique

Éon Ère

Dévonien

5.333

393.3±1.2

Paléogène

Néogène

Carbonifère

Supérieur

66.0

Pliocène

Série Holocène

33.9

Éocène

Hadéen

Paléocène

Archéen

Phanérozoïque

Ma = millions d’annés

Inférieur

Néo- protérozoïque

Moyen

Méso- protérozoïque

Âge (Ma) 358.9±0.4

382.7±1.6

Série

Moyen

Supérieur

2.588

Âge (Ma) présent 0.0117

Paléoarchéen

2800

2500

3200

3600

419.2±3.2 423.0±2.3 427.4±0.5 433.4±0.8

Système

443.4±1.5

1600

1000

Inférieur

163.5±1.0

Moyen

174.0±1.0

Oligocène

Inférieur

Trias

Cénozoïque

Quaternaire

Mésozoïque

Éon Ère

Cisuralien

Paléozoïque

Phanérozoïque Permien

~145.0

272.3±0.5

298.9±0.2 Supérieur 307.0±0.1 Moyen 315.2±0.2 vanien Pen I n n s f y é l r - ieur 323.2±0.4 Supérieur 330.9±0.2 Moyen 346.7±0.4 ppien Mississi- Inférieur 358.9±0.4

541.0±1.0

~521

~509

6

Miocène

23.03

Inférieur

Pridoli Ludlow Wenlock

Llandovery

470.0±1.4

485.4±1.9

~497

458.4±0.9

~235

259.9±0.4

Moyen Inférieur Lopingien

Supérieur

247.2 252.2±0.5

Système

Pal O é r o d z ov ï i q ci u en Phanérozoïque

Pléistocène

56.0

Silurien

Précambrien

Paléo- protérozoïque

Supérieur

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d

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o

n

Dépuîs toujous, és hommés ont téndancé à consîdÈé a Téé commé un êté îant. Aînsî, os dé sÈîsmés ou d’Èuptîons ocanîqués, on a cou- tumé dé dîé qué a Téé sé fâché, ét dé paé dés coèés dé a Téé. Cétaînés cîîîsatîons d’EXtêmé-Oîént consîdèént noté panèté commé un dagon ou un poîsson-chat dont és mouéménts ét conusîons sé- aîént à ’oîgîné dés témbéménts dé téé (Fîg. 1). En éffét, à ’însta dés êtés îants, noté panèté n’a céssÈ d’Èoué dépuîs sa fomatîon. Uné téé Èoutîon n’ést possîbé qué sî éé possèdé un motéu aîméntÈ én cabu- ant c’ést-à-dîé én Ènégîé*. Dé ma- nîèé schÈmatîqué, ’Èoutîon dé a Téé ést contôÈé © Uwe Aranas, CC BY-SA 3.0. pa déuX soucés d’Ènégîé îndÈpén- Figure 1 •Dragon de danse traditionnelle, Chine. dantés ét quî ont aîÈ dé manîèé contînué dépuîs a fomatîon du systèmé soaîé. L’uné ést înténé, ’auté ést éXténé ét îént du Soéî. AIn dé péndé conscîéncé dé ’éXîsténcé dé a soucé d’Ènégîé înténé téésté, î sufIt, pa éXémpé, dé déscéndé dans uné mîné pou constaté qué pus on s’énfoncé, pus a témpÈatué augménté. Dé mêmé, é ocanîsmé én ést uné auté Èîdéncé. Lés ocans aîssént Èchappé dé ’întÈîéu dé a Téé dé a aé dont a témpÈatué éXcèdé 1 200 °C. ï sémbéaît aos qué é sous-so dé noté panèté soît încandéscént commé sî touté a patîé înténé Ètaît én féu. Lés hommés ont ongtémps consîdÈÈ cét unîés înféna commé Ètant ’habîtatîon dé dîabés quî sé manîféstént pafoîs én sufacé én faîsant témbé a Téé ou én éjétant dés aés bûantés, on dît d’aîéus d’un ocan

7

L’énergie de la Terre

qu’î caché dés céndés ét dé a aé. Lés mythoogîés sont îchés dé téés Èocatîons. Lés întéactîons énté és soucés d’Ènégîé* înténé ét éXténé ont dÈtémînÈ és caactÈîstîqués dé noté panèté, én ont Ègî ’Èoutîon ét pobabémént pémîs ’Èmégéncé dé a Vîé. En témés d’habîtabîîtÈ d’uné panèté, és Èséés d’Ènégîé înténé qu’éé a pu accumué os dé sa fomatîon (adîoactîîtÈ, Ènégîé d’accÈtîon*, éfféts dé maÈé, cha- éu ÈchangÈé os dé a cîstaîsatîon du noyau* mÈtaîqué, étc.) sont aussî, sînon pus, împotantés qué ’Ènégîé éçué du Soéî.

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D’où vient cette 1 énergie ? La dynamîqué dé noté panèté ést Ègîé pa pusîéus typés d’Ènégîé*. Lés unés sont înténés, és autés d’oîgîné éXténé. Lés unés sont éçués, és autés sont Èmîsés, dé téé soté qu’î én Èsuté dés luX ét dés Èchangés pafoîs compéXés.

L’énergie* interne L’Ènégîé înténé téésté Èsuté dé ’éffét conjuguÈ dé pusîéus mÈcanîsmés : •’Ènégîé poénant dés coîsîons îoéntés énté és mÈtÈoîtés* (panÈtÈsîmauX) quî sé sont accÈtÈés (agÈgÈés) pou fomé a jéuné Téé ét dont ’Ènégîé dé dÈpacémént (Ènégîé cînÈtîqué) s’ést tansfomÈé én chaéu, î y a dé céa 4,56 mîîads d’annÈés ; •a sÈpaatîon énté és ÈÈménts ouds ét Ègés quî a conduît à a sÈpaatîon (dîffÈéncîatîon) d’un noyau* mÈtaîqué ét d’un man- téau ochéuX, cé quî a conduît à uné édîstîbutîon dés massés ; •a dÈsîntÈgatîon dés ÈÈménts adîoactîfs conténus dans és ochés ; •pou uné moîndé pat, ’Ènégîé îÈé auX fottéménts éngéndÈs pa és maÈés tééstés, ét dont és éfféts dîmînuént au fu ét à mésué qué a Luné s’Èoîgné dé a Téé ; •é éfoîdîssémént pogéssîf du noyau îquîdé dont a cîstaîsatîon îbèé dé a chaéu. Dé faît, cé mÈcanîsmé né consîsté qu’én uné éstîtutîon dîffÈÈé dé a chaéu acquîsé au momént dé ’aggomÈ- atîon înîtîaé dés mÈtÈoîtés. 1 Aujoud’huî, a Téé îbèé 44 tÈawatts quî, s’îs déméuént nÈgîgéabés pa appot auX 174 000 tÈawatts appotÈs pa é ayonnémént soaîé, sont nÈanmoîns é motéu dé a téctonîqué dés paqués*, du ocanîsmé ét dés témbéménts dé téé. Actuéémént, és contîbutîons éatîés à ’Ènégîé înténé gobaé sont éspéctîémént dé 14 % pou ’Ènégîé Èsîduéé d’accÈtîon*, 76 % pou a adîoactîîtÈ natuéé, 9 % pou a chaéu îbÈÈé pa a cîstaîsatîon du noyau ét séuémént 1 % pou és maÈés tééstés.

12 1.watts, ou 44 mîîads dé kîowatts.= 44. 10

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