[Expérience à la maison] Qu’est-ce que la géothermie ?

Aux infos, à l’école et même sur Kidi’science, on te parle souvent d’énergies renouvelables ou non polluantes. Parmi les plus connues on trouve les énergies éoliennes, hydrauliques ou hydroliennes. Aujourd’hui j’ai décidé de te présenter l’énergie géothermique avec, si tu as bien lu l’article jusqu’au bout, une petite expérience facile à réaliser chez toi !

Remarque avant la lecture : la géothermie est vue en classe de terminale et nécessite donc des connaissances sur la structure interne de la Terre notamment. Je vais essayer d’être le plus clair possible pour faciliter la compréhension de tous. Si vous avez des questions n’hésitez surtout pas !

Peut-être as tu déjà vu un reportage sur les mineurs de charbon ou autre qui souffrent énormément de la chaleur lorsqu’ils s’enfoncent en profondeur dans les mines. Dans la mine la plus profonde du monde (en Afrique du Sud), la température peut atteindre 60°C ! Mais d’où vient cette chaleur ?

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source Wikipédia

L’énergie produite par la Terre a 3 origines différentes :

  • Lors de la création de la Terre, il y a environ 4,5 milliards d’années, plusieurs éléments rocheux se sont rassemblés et compactés: on parle d’accrétion. Cette phase d’accrétion a produit énormément de chaleur qui est encore libérée aujourd’hui par la Terre
  • La deuxième source de chaleur, qui est la plus importante en terme de quantité, est la radioactivité naturelle des roches. En effet, lorsqu’un élément radioactif se désintègre, il produit de l’énergie. Les éléments radioactifs qui produisent le plus de chaleur sont le thorium 232, l’uranium 238 et le potassium 40.
  • Enfin la dernière source d’énergie est la solidification (on parle de cristallisation) du noyau liquide.

Bon c’est bien beau tout cela mais cela nous explique pas comment la chaleur remonte à la surface !

Faisons un petit résumé rapide de la structure de la Terre. A la surface on a une croûte solide. Sous cette croûte se trouve le manteau qui est également solide mais un peu plus visqueux que la croûte. Enfin, au centre de la Terre on trouve le noyau qui est liquide à l’extérieur et solide à l’intérieur.

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La chaleur provient de la profondeur de la Terre. Lorsque les matériaux constituant le manteau ou le noyau externe sont chauffés par dessous, ils vont devenir moins denses et vont avoir tendance à remonter tout seul (flèche rouge). Après avoir libéré leur énergie et s’être donc refroidis en surface, les matériaux vont redescendre (flèche bleue). Ce mouvement est appelé cellule de convection. L’énergie est libérée en surface par un phénomène de conduction (flèches pointillées rouges).
[Expérience à la maison !] Afin de comprendre ce phénomène, je peux te proposer de réaliser une expérience toute simple.

Matériel nécessaire :

  • une craie rouge (il t’en faudra environ 1/8)
  • 100 ml d’huile de tournesol
  • une bougie chauffe plat
  • un récipient transparent (type bécher ou verre doseur)
  • un trépied (comme ceux pour faire les fondues bourguignonnes miam !)

Matériel facultatif (mais ça peut faire joli avec) :

  • de l’alcool coloré en vert

Protocole :
-> broyer 1/8 de la craie rouge et l’ajouter à 20 ml d’huile de tournesol.
-> verser délicatement cette huile colorée au fond de votre récipient
-> verser délicatement le long des parois le reste de l’huile
-> laisser reposer le temps que les 2 phases s’équilibrent (vous devez avoir l’huile colorée en dessous de l’huile nature).
-> ajouter l’alcool coloré en vert délicatement par dessus. L’alcool coloré va représenter la croûte terrestre.
-> Laisser à nouveau reposer jusqu’à obtenir les 3 phases.
-> Mettre le récipient sur le trépied et allumer la bougie en dessous. Vous devriez observer le phénomène suivant (si vous voulez garder la surprise n’ouvrez pas la vidéo tout de suite !) :

Quelle quantité d’énergie est libérée par la Terre ?

La Terre libère naturellement environ 42TW d’énergie. A titre de comparaison, nous les humains, avec toutes nos centrales, usines, barrages, éoliennes…, produisons 15 TW d’énergie.

4% de l’énergie produite par la Terre est libérée de manière spectaculaire lors de séismes ou d’éruptions volcaniques. Le reste est libéré de manière beaucoup plus diffuse : on parle de flux géothermique.

Est-ce que cette énergie est utilisée et si oui comment ?

Selon la ressource disponible, cette énergie peut-être utilisée de différentes façons :

  • la géothermie de basse énergie permet d’alimenter les chauffages collectifs d’immeubles. Pour cela il faut récupérer de l’eau chauffée à environ 80°C à 1000m de profondeur. On trouve cette ressource notamment au niveau du bassin parisien.
  • la géothermie profonde, quant à elle, permet de produire de l’électricité. Pour cela on va récupérer de l’eau très chaude située à environ 5 km de profondeur. Cette eau sera transformée en vapeur dans des compresseurs et cette vapeur va faire tourner une turbine pour produire de l’électricité. Après refroidissement, l’eau sera réinjectée en profondeur. En France on trouve une centrale de ce type à Soultz. Le problème principal est le prix de production de cette énergie qui est 2 fois plus chère que celle produite par le charbon ou le nucléaire.
  • la géothermie à haute énergie : utilisation directe de vapeur d’eau (250 °C) pour produire de l’électricité. La seule centrale de ce type en France, se situe en Guadeloupe à Bouillante (elle porte bien son nom !).

Le flux géothermique est très inégal dans le monde. Certains pays ont beaucoup plus de ressources géothermiques que d’autres. C’est le cas notamment des USA, des Philippines ou encore de l’Islande. Concernant l’Islande, l’énergie géothermique couvre 30% des besoins !

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