Gradient geotermalny

Geotermalnej gradientu jest wskaźnik temperatury, wzrost w podłożu w miarę oddalania się od powierzchni. Jest on wyrażony w K / M ( jednostki SI ) lub, bardziej typowo, w K / km ( 1  K / km = 10 -3  K / m ).

Gradient geotermalny w Europie wynosi średnio około 30  K / km (0,03  K / m ) w pobliżu powierzchni, co oznacza wzrost o 1  ° C co 33 metry, 3  ° C co 100 metrów , 30  ° C na kilometr .

Pochodzenie

Historycznie rzecz biorąc, wewnętrzną temperaturę Ziemi po raz pierwszy przypisywano początkowemu ciepłu z powodu kolejnych wstrząsów, które miały miejsce podczas akrecji planet. Następnie badania podkreśliły znaczenie ciepła Ziemi z powodu naturalnej promieniotwórczości skał jego wewnętrznej struktury  : to energia jądrowa wytwarzane przez rozpad z uranu , toru i potasu . Bezpośrednie pomiary wewnętrznego bilansu cieplnego Ziemi  (we) pozostają delikatne do tego stopnia, że ​​pozostają duże wątpliwości co do odpowiedniego udziału tych dwóch głównych składników jako źródła obecnego ciepła Ziemi. Badania szacują, że udział radioaktywności skorupy ziemskiej i płaszcza stanowi w przybliżeniu połowę całkowitej uwolnionej energii, a udział pierwotnego ciepła przekazywanego z jądra Ziemi do płaszcza szacuje się na 10 i do 20%.

Ciepło jest uwalniane głównie przez przewodzenie w sztywnej litosferze (i być może w ziarnie stałym ), przez konwekcję w płaszczu .

Ciepło wytwarzane w skorupie , płaszczu i rdzeniu jest odprowadzane w kierunku powierzchni w sposób niejednorodny (patrz artykuł Fala spalania jądrowego ), o mocy od 25 mW / m 2 dla najzimniejszych stref do 1 W / m 2 na obszarze takim jak kaldera Yellowstone .

Na kontynencie europejskim, na przykład w regionach Szwajcarii, gdzie badano głębokie odwierty geotermalne, moc wynosi od 60 do 160 mW / m 2 .

W ludzkiej skali czasu energia geotermalna ma zatem niewystarczającą intensywność, aby stanowić energię odnawialną. Aby to wykorzystać, trzeba móc liczyć na sprzyjające okoliczności, takie jak gromadzenie się ciepła kopalnego w bardzo dużych zbiornikach wodnych, które same stykają się z ciepłem resztkowym gorącego miejsca , jak na Islandii, lub głębokich wód gruntowych. jak w przypadku Doggera w dorzeczu Paryża.

Konsekwencje

Geologiczny

Na głębokości 25 km temperatura sięga 750  ° C , co odpowiada większości temperatur topnienia skał kontynentalnych przy niskich ciśnieniach. Jednak ze względu na wysokie ciśnienie litostatyczne na tej głębokości skały skorupy ziemskiej, a nawet płaszcza na ogół nie są w stanie magmowym, ale w stanie stałym.

Człowiek

Typowa kopalnia węgla, taka jak Cuvelette w Merlebach, działała w 1970 r. Na 686  m pod ziemią (etapy eksploatacji odbywają się od góry do dołu, aby zminimalizować koszty). Inżynier, który uruchomił ten poziom, wiedział więc, że będzie musiał liczyć przy temperaturze o 20  ° C wyższej niż średnia temperatura powierzchni (proste obliczenie bezwładności cieplnej pokazuje, że wahania sezonowe nie mogą rozprzestrzeniać się znacznie powyżej głębokości 15 metrów).

To, w połączeniu z przewidywalnym wydzielaniem ciepła (personel i urządzenia), pozwala na takie obliczenia wentylacji, aby warunki pracy pozostały akceptowalne, co jest nazywane napowietrzaniem pola górniczego . Moc potrzebna do tej wentylacji w połączeniu z sekcją chodników zapobiegałaby ze względu na ciśnienie otwieraniu drzwi wentylacyjnych, gdyby nie były one wyposażone w pułapkę pozwalającą na kilkusekundowe obniżenie tego ciśnienia.

posługiwać się

Gradient geotermalny może być stosowany do ogrzewania domów, niezależnie od tego, czy w połączeniu z zasadą pompy ciepła , czy też nie .

Uwagi i odniesienia

Uwagi

  1. W zasadzie gradientu z skalarnego pola (jak temperatura) jest wektor , ale w podłożu wektor gradientu jest zasadniczo pionowy, który jest dlaczego geolodzy przywykliśmy nazywać „gradient geotermalnej”, która w rzeczywistości jest pochodną z temperatura w odniesieniu do głębokości.

Bibliografia

  1. (w) Joe Anuta, „  Pytanie badawcze : Co ogrzewa jądro ziemi?  » , Na physorg.com ,30 marca 2006(dostęp 19 września 2007 ) .
  2. (w) A. Gando DA Dwyer, RD McKeown & C. Zhang, „  Częściowy radiogeniczny model ciepła dla Ziemi ujawniony przez pomiary geoneutrino  ” , Nature Geoscience , vol.  4, n O  9,2011, s.  647–651.
  3. Patrick De Wever , Hervé Martin, Energia Ziemi , nauki o EDP,2017( czytaj online ) , s.  38.
  4. Bruno Cabanis, Geologia i krajobrazy Bretanii , Wydania Jean-Paul Gisserot,2007, s.  11.

Zobacz też