Activité 24 - La géothermie

05/04/2018 08:00

Problématique : Qu'est-ce que l'énergie géothermique ?

A – Les transferts d'énergie thermique
1	Comparez l'évolution de la température dans le matériau en conduction et dans celui en convection.	Documents 1 et 2 Excel	Manipuler et expérimenter.
2	Calculez la quantité d'énergie transférée depuis l'extrémité du bécher où est le thermoplongeur jusqu'à l'autre extrémité.	Document 3	Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et le langage mathématique.
3	Déterminez quel mode de transfert de l'énergie thermique est le plus efficace.	-
B – Le potentiel géothermique en France
4	Présentez l'énergie géothermique, les diverses utilisations de son exploitation, ses avantages, la durabilité de son exploitation et son potentiel de développement.	https://www.geothermie-perspectives.fr	Recenser, extraire et organiser des informations.

 

Document 1 : Conduction et convection

La conduction est un transfert de chaleur dans un solide ou un fluide qui résulte de la différence de température entre deux régions d'un même milieu, ou entre deux milieux en contact, et qui se réalise sans déplacement global de matière. L'énergie thermique se transmet de proche en proche par modification de l'agitation des atomes. Par exemple, une barre de métal chauffée à une extrémité devient de plus en

plus chaude à l'autre extrémité.

La convection est un mode de transfert thermique qui implique un déplacement de matière dans le milieu. Elle se met en place lorsque le matériau a le comportement d'un fluide et que, du fait d'un apport énergétique supérieur à ce qu'il peut évacuer par conduction, le matériau situé à la base

s'échauffe, devient moins dense que le reste du matériau situé au-dessus et entame son ascension. Dans le même temps, les matériaux plus froids et plus denses situés près de la surface de refroidissement du système ont tendance à descendre vers le fond. De tels déplacements s'appellent des mouvements de convection.

Document 2 : Transferts thermiques et profils de température

En utilisant des sondes thermiques, il est possible de réaliser des mesures de conduction et de convection

Protocole expérimental :

1 – Remplir un bécher d'eau.

2 – Placer une résistance au fond.

3 – Placer un thermomètre à 3 cm au-dessus du fond et un deuxième thermomètre à 1,5 cm sous la surface de l'eau.

4 – Allumer la résistance et relever les températures aux deux niveaux toutes les 30 secondes pendant 10 minutes.

5 – Construire, à l'aide d'un tableur, le profil de température aux deux niveaux au cours du temps.

6 – Recommencer le montage, les mesures et la construction graphique en plaçant la résistance juste sous la surface de l'eau.

 

Document 3 : Quantité d'énergie échangée

La quantité d'énergie Q échangée (en J) lorsqu'une masse d'eau m_eau passe de la température T_i à la température T_f est donnée par la formule suivante :

Q = m_eau x C_eau x (T_f – T_i)

où C_eau est la capacité thermique massique de l'eau. Entre 0°C et 100°C, C_eau = 4180 J.kg^-1.°C^-1