Mesures de la conduction et de la convection 1

Bilan TP7 : géothermie Activité 1 : Mesures de la conduction et de la convection 1- Modélisation de la conduction (transfert d énergie thermique sans transfert de matière, de proche en proche) :

Montage : un thermomètre mesure la température de l’eau en surface, l’autre mesure la température en profondeur

Résultats de l'expérience sur la conduction

La résistance haute chauffe l’eau. L’eau chaude superficielle, moins dense ne peut pas se mélanger à l’eau froide profonde. Le transfert de chaleur s’effectue par conduction (de proche en proche). le gradient de température mesuré entre la surface et la profondeur est important.

2- Modélisation de la convection (transfert d'énergie thermique par mouvements de matières liés à des différences de densité) :

Montage : un thermomètre mesure la température de l’eau en surface, l’autre mesure la température en profondeur

Résultats de l'expérience sur la convection

La résistance basse chauffe l’eau. L’eau chaude profonde moins dense remonte vers la surface : c'est un mouvement de convection. Le transfert de chaleur s’effectue par transfert de matière. Le gradient de température mesuré entre la surface et la profondeur reste faible.

3- calcul de l'efficacité des modes de transfert Le calcul du gradient thermique, il faut connaître la distance entre les deux thermosondes (ici 10 cm) et le volume d'eau (ici 1 litre) Gradient thermique dans le montage 1 (convection) : (83,9°C – 78,6°C)/10 soit 0,53°/cm Gradient thermique dans le montage 2 (conduction) : (100°C – 20°C)/10 soit 8°C/cm Quantité d'énergie transférée par convection : (4180 J/kg/°C x 1 kg x (78,6°C-19°C) = 2,49.105J Quantité d'énergie transférée par conduction : (4180 J/kg/°C x 1 kg x (20°C – 18,4°C) = 6,69.103J On en déduit que le transfert de l'énergie thermique par convection est plus efficace que par conduction. Plus le transfert thermique est efficace, plus le gradient thermique est faible.

Activité 2 : Contexte géodynamique et énergie géothermique - site de Soultz-sous-Forêts Doc.2 : Les températures à 5000m de profondeur sont comprises entre 200 et 240°C, donc beaucoup élevées qu’ailleurs. Doc.3 : Le Moho, interface entre croûte et manteau, est moins profond. Doc.4 : cette région présente de nombreuses failles distensives entraînant un étirement et un amincissement de la lithosphère, ce qui facilite la circulation des eaux injectées. Docs.1 et 5 : L’eau sert de fluide caloriporteur, se réchauffant au contact des roches profondes puis se refroidissant en surface au contact d’un échangeur de chaleur. L’énergie ainsi récupérée est convertie en électricité par l’intermédiaire d’une turbine suivant le principe de la dynamo. Doc.6 : La spécificité du site tient à la stimulation hydraulique du réseau de fractures préexistant. L’eau sous pression permet la libération des contraintes tectoniques par dissolution Le contexte géologique de l'Alsace : rift avec remontée du Moho permet d'implanter des centrales géothermiques qui produisent de l'électricité

- site de Bouillante (Guadeloupe) Doc.1 : la Guadeloupe est situé sur un arc volcanique et est constitué de roches sédimentaires et de roches volcaniques de type andésite (subduction) Docs.2, 3, 4 et 5 : on observe en Guadeloupe une activité volcanique intense ancienne et actuelle Doc.6 : le site de Bouillante est située dans une zone volcanique intense et très faillée Doc7 : la région de Bouillante est marquée par une faible résistivité donc une forte circulation de fluides Doc.8 : la région de Bouillante est le lieu d'une forte infiltration en profondeur d'eau de mer et d'eau de pluie par un important réseau de failles. Vers 1000 m de profondeur, ces eaux sont à une température d'environ 250°C. Le captage de ces eaux à 250°C permet une transformation en vapeur permettant la production d'électricité. L'utilisation de l'énergie géothermique du site de la Bouillante est liée à un contexte géodynamique de subduction, marqué par un fort flux géothermique. La présence de failles permet l'infiltration de l'eau en profondeur et son réchauffement. L'eau chauffée en profondeur est captée par des forages et est utilisée comme ressource énergétique.