Correction D3
A –La chaleur de la Terre
1) Construisez le graphique de la température en fonction de la profondeur.
2) Quel est le gradient géothermique moyen à Kola ?
L’équation de la droite de régression est y = a x + b. Le gradient géothermique moyen correspond à la pente de cette droite (a) : 0,016
Rappel : pour le calculer, on prend deux points sur la droite (A et B).
a = (yB – yA) / (xB – xA)
3) Sur le géotherme de la Terre, identifiez les différentes couches internes du globe et estimez le gradient géothermique dans chacune d’elle (prendre 120 km comme épaisseur moyenne de la lithosphère).
B – Les modes de transfert thermique
4) Proposez une stratégie de résolution réaliste permettant de comparer le gradient thermique dans un cas de convection et dans un cas de conduction afin de déterminer lequel est le plus efficace.
Faire un montage expérimental pour mesurer le gradient thermique dans un cas de convection (eau chauffée par le bas) et un cas de conduction (eau chauffée par le haut)
Dans les deux cas placer un thermomètre pour mesurer la température au fond de l'eau, et un autre thermomètre près de la surface de l'eau. Mesurer la distance entre les deux thermomètres et calculer la différence de température entre les deux thermomètres à la fin de l'expérience.
5) Présentez vos résultats sous la forme de votre choix.
6) Exploitez vos résultats afin de comparer l’efficacité des deux types de transfert thermique.
On voit que la température de la sonde haute en configuration conduction augmente avec le temps, alors que celle de la sonde basse reste constante. La conduction ne permet pas un transfert efficace de l’énergie thermique entre le haut de l’aquarium (source de chaleur) et le bas.
On voit que la température des deux sondes en configuration convection augmente de façon parallèle avec le temps.
La convection permet la répartition uniforme de l’énergie thermique entre le bas de l’aquarium (source de chaleur) et le haut.
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.
7) Expliquez l’évolution du gradient géothermique de la Terre (voir A).
Le gradient géothermique évolue en fonction des matériaux traversés (roches plus ou moins denses) et de l’état liquide ou solide.