Volcans, sources chaudes, chaleur des mines : la Terre est une machine thermique alimentée par la radioactivité de ses roches.
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L’énergie interne de la Terre
Module III : L’éducation à l’environnement et au développement durableSéquence 13 : La structure et l’énergie internes de la TerreSéance 77 : L’énergie interne de la Terre (TP 18 virtuel)
💡 Idée principale : la température augmente avec la profondeur (gradient géothermique ≈ 30 °C/km) et la Terre perd en permanence de la chaleur par sa surface (flux géothermique). Cette énergie interne provient de la chaleur initiale accumulée lors de la formation de la planète et surtout de la désintégration radioactive d’éléments contenus dans les roches (uranium, thorium, potassium). Elle s’évacue par conduction, par convection du manteau et par le volcanisme.
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Étapes résumées
Indices de la chaleur interne : volcans, sources chaudes, geysers, température croissante dans les mines.
Gradient géothermique moyen : ≈ 30 °C par km ; flux géothermique moyen ≈ 0,09 W/m².
Origine : chaleur initiale (accrétion, formation du noyau) + radioactivité naturelle (U, Th, K).
Le granite est plus radioactif que le basalte (TP 18).
Évacuation : conduction (lithosphère), convection (manteau), volcanisme ; moteur de la tectonique des plaques.
Situation problème
En 1999 et en 2000, le mont Cameroun est entré en éruption : des coulées de lave à plus de 1 000 °C ont coupé la route Limbé–Idenau. Dans une mine d’or profonde d’Afrique du Sud, des mineurs travaillent à 3 km sous terre où la roche atteint 60 °C : il faut refroidir les galeries. Ces faits montrent que l’intérieur de la Terre est chaud.
Consignes :
Relève les indices de la chaleur interne de la Terre.
Comment la température varie-t-elle avec la profondeur ?
D’où vient cette chaleur, 4,6 milliards d’années après la formation de la Terre ?
le problèmela températurela chaleur
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Compétence visée
Concevoir un modèle simple de la structure interne de la Terre intégrant l’origine et la dissipation de son énergie interne.
Objectifs de la leçon
Mettre en évidence l’augmentation de la température avec la profondeur.
Expliquer l’origine de la chaleur interne (chaleur initiale, radioactivité).
Décrire les modes de dissipation de l’énergie interne.
Les manifestations de l’énergie interne
La Terre est chaude à l’intérieur
Volcans
Mont Cameroun, lac Nyos et monts de la ligne du Cameroun : du magma remonte des profondeurs.
Sources chaudes
Eaux chauffées en profondeur qui ressortent en surface (geysers en Islande).
Mines et forages
La température des roches augmente quand on descend.
Séismes et plaques
Les mouvements des plaques sont alimentés par la chaleur interne.
l’objectifla lumièrele sismogramme
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Activité 1 : le gradient géothermique
Le document 1 présente des mesures de température réalisées dans des forages à différentes profondeurs.
Document 1 : température des roches en fonction de la profondeur (forages).
Calcule l’augmentation de température par kilomètre.
Quelle serait la température à 10 km si ce gradient restait constant ?
Ce qu’il faut comprendre : la température passe d’environ 25 °C en surface à environ 175 °C à 5 km : elle augmente de ≈ 30 °C par kilomètre : c’est le gradient géothermique. À 10 km, on aurait ≈ 325 °C. En réalité le gradient diminue en profondeur ; on estime ≈ 1 300 °C à la base de la lithosphère et ≈ 5 000 °C au centre. Cette chaleur s’échappe par la surface : c’est le flux géothermique, plus fort au niveau des dorsales et des volcans.
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L’origine de la chaleur interne
Deux sources de chaleur
1
Chaleur initiale
Lors de la formation de la Terre (accrétion de météorites, il y a 4,6 milliards d’années), les chocs et la chute du fer vers le centre (formation du noyau) ont libéré beaucoup de chaleur, qui s’évacue encore lentement.
2
Radioactivité
Les roches contiennent des éléments radioactifs (²³⁸U, ²³⁵U, ²³²Th, ⁴⁰K) qui se désintègrent en libérant de la chaleur. C’est aujourd’hui la source principale.
Activité 2 : la radioactivité naturelle des roches (TP 18 virtuel)
Avec un compteur Geiger virtuel, on mesure le nombre d’impulsions par minute émises par différentes roches posées devant le détecteur (document 2).
Document 2 : radioactivité de quelques roches et principe de la désintégration.
Quelle roche est la plus radioactive ?
Pourquoi peut-on dire que la radioactivité produit de la chaleur dans la Terre ?
Ce qu’il faut comprendre : toutes les roches mesurées émettent plus que le bruit de fond : elles sont naturellement radioactives. Le granite (croûte continentale) est le plus radioactif car il concentre l’uranium, le thorium et le potassium. Chaque désintégration libère de l’énergie, qui est absorbée par les roches voisines et transformée en chaleur. Multipliée par le volume immense de la Terre, cette production suffit à entretenir sa chaleur interne.
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La dissipation de l’énergie interne
1. La convection du manteau
Document 3 : modèle de la convection mantellique.
2. Les modes de transfert de la chaleur
Mode
Où ?
Principe
Conduction
lithosphère rigide
la chaleur passe de proche en proche, sans déplacement de matière (lent)
Convection
manteau
le matériau chaud, moins dense, monte ; le froid, plus dense, descend (efficace)
Advection (volcanisme)
dorsales, volcans, points chauds
le magma transporte directement la chaleur vers la surface
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Utiliser l’énergie interne : la géothermie
La chaleur des roches et des eaux profondes peut produire de l’électricité ou chauffer des bâtiments (Kenya, Éthiopie, Islande).
La ligne volcanique du Cameroun offre un potentiel géothermique encore peu exploité : une énergie renouvelable qui ne rejette presque pas de CO₂.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
La température augmente avec la profondeur : gradient géothermique ≈ 30 °C/km près de la surface.
La Terre perd de la chaleur par sa surface : c’est le flux géothermique.
La chaleur interne provient de la chaleur initiale et surtout de la radioactivité naturelle (U, Th, K).
Le granite est plus radioactif que le basalte.
La chaleur s’évacue par conduction, convection du manteau et volcanisme ; elle est le moteur de la tectonique des plaques.
je retiensles rochesla roche
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Vocabulaire à connaître
Gradient géothermiqueaugmentation de la température avec la profondeur.Flux géothermiquequantité de chaleur perdue par la surface terrestre.Radioactivitédésintégration spontanée de noyaux atomiques qui libère de l’énergie.Convectiontransfert de chaleur avec déplacement de matière.Géothermieutilisation de la chaleur interne de la Terre.
Je m’évalue
1. Que vaut le gradient géothermique moyen ?
2. Cite deux éléments radioactifs qui chauffent la Terre.
3. Quelle roche est la plus radioactive : granite ou basalte ?
4. Quel mode de transfert de chaleur agit dans le manteau ?
Réponses : environ 30 °C par kilomètre · uranium, thorium, potassium · le granite · la convection. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je réfléchisla radioactivitéla planète Terre
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Erreurs fréquentes
Croire que la chaleur interne vient du Soleil : elle est d’origine interne (radioactivité, chaleur initiale).
Penser que le manteau convecte parce qu’il est liquide : il est solide mais se déforme très lentement.
Confondre conduction (sans mouvement de matière) et convection (avec mouvement).
Méthode
Pour calculer un gradient : choisis deux points éloignés de la droite, fais (T₂ − T₁) ÷ (z₂ − z₁) et exprime le résultat en °C/km ; vérifie l’ordre de grandeur (≈ 30 °C/km).
Activité d’intégration
Une société propose d’installer une centrale géothermique près de Buea. Un forage d’essai montre 32 °C à 100 m, 62 °C à 1 km et 120 °C à 2 km. Certains habitants craignent que « percer la Terre réveille le volcan ».
Calcule le gradient géothermique de la région et compare-le à la moyenne.
Explique l’origine de cette chaleur.
Rédige une courte réponse aux habitants sur les avantages et les précautions d’un tel projet.