Mécanismes de transfert thermique

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Mécanismes de transfert thermique (fiche - Terminale S - Sciences de la Vie et de la Terre pour adulte)

Objectif(s) Comment l’énergie interne est-elle dissipée à la su rface de la Terre ? Il existe deux modes de transfert d’énergie thermiq ue : la convection et la conduction. 1. La conduction La conductionest unmode de transfert d’énergie thermiquequi ne nécessitepas de mouvements de matière.La chaleur est transférée de proche en prochepar simple agitation des atomes. Plus la différence de température entre deux matériaux est importante, plus ce transfert sera efficace. Pa r contre, il dépend aussi de la conductivité thermique des matériaux.

À l’échelle du globe,tionla lithosphère est le siège de phénomènes de conduc rendant compte du flux géothermique observé. La lim ite 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 despropriétés conductrices et de la composition des roches. Les variations de géotherme observables à la surface de la planète sont donc directement liéesaux différences de conductivité des roches.

La péridotite, roche constituant le manteau, présen teune conductivité plus élevée -1 -1 -1 -1 (4,2 à 5,8 W.m .K ) que le granite (2,5 à 3,8 W.m .K ) et les roches de la croûte -1 -1 océanique, comme le gabbro et le basalte (1,7 à 2,5 W.m .K ) ou lesroches -1 -1 sédimentaires.K ).comme le calcaire (1,7 à 3,3 W.m Toutefois, les roches terrestres présentent des con ductivités thermiques plutôt faibles -1 -1 -1 -1 (conductivité thermique de l’argent : 420 W.m .K , de l’eau : 6 W.m .K ) qui limitent les transferts d’énergie et favorisent le stockage de la chaleur. Comparé à une roche sédimentaire aura des propriété s bien plus isolantes qu'une roche magmatique comme la péridotite.

2. La convection Le mouvement de convection est un phénomène facilem ent 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 doncun 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 redes cend à la base ; elle décrit ainsiun mouvement de convection.