Géothermie et propriétés thermiques de la Terre (sujet national, juin 2015, partie 1)

Énoncé

Enjeux planétaires contemporains - Géothermie et propriétés thermiques de la Terre
Dans certaines régions du globe, l'énergie géothermique est exploitée par l'humanité pour couvrir une partie de ses besoins énergétiques.
Synthèse
Préciser l'origine de l'énergie interne de la Terre, présenter ses modes de transfert vers la surface et expliquer pourquoi certaines zones du globe sont favorables à son exploitation géothermique.
Comprendre la question
Le sujet porte sur la géothermie et propose une problématique en 3 parties qu'il est important de respecter. Le plan à suivre pour construire la synthèse est clairement indiqué par l'énoncé : il s'agit de préciser l'origine de l'énergie géothermique, de caractériser les modes de transfert de l'énergie géothermique vers la surface terrestre et enfin, de présenter deux ou trois contextes géodynamiques propices à l'exploitation géothermique. Cette synthèse ne présente pas de grande difficulté, car elle est proche du cours. L'énoncé ne donne aucune consigne concernant la forme de la réponse, mais celle-ci doit contenir une introduction présentant au moins la problématique, un développement sous forme de textes et/ou de schémas et une conclusion. Dans le corrigé suivant, on a fait le choix d'une synthèse rédigée comportant un schéma-bilan.
Procéder par étapes
1re étape : identifier le type de réponse attendue.
Le tableau suivant présente un exemple de démarche élaborée au brouillon.
Structure de la synthèse
Éléments issus des connaissances
Introduction : Quelle est l'origine de l'énergie thermique interne de la Terre ? Comment cette énergie est-elle transférée vers la surface terrestre ? Comment expliquer que certaines zones du globe soient propices à une exploitation géothermique ?
1. L'origine de l'énergie géothermique
Énergie issue essentiellement de la désintégration des éléments radioactifs présents dans les différentes enveloppes terrestres.
2. Les modes de transfert de l'énergie géothermique vers la surface de la Terre
Deux modes de transfert de l'énergie géothermique : la conduction et la convection.
3. Certaines zones du globe sont propices à une exploitation géothermique
Il s'agit des régions présentant un flux géothermique élevé :
- au niveau de la plaque chevauchante des zones de subduction (exemple : Bouillante) ;
- au niveau des dorsales émergées (exemple : Islande) ;
- au niveau de rifts continentaux (exemple : Soultz-sous-forêts).
Schéma-bilan : Géothermie : origine et transfert de l'énergie géothermique, zones propices à l'exploitation géothermique.

Conclusion

2e étape : structurer l'introduction et la conclusion au brouillon.
3e étape : rédiger la réponse sur la copie.
Questionnaire à choix multiple
Enjeux planétaires contemporains - La plante domestiquée
Compléter le QCM.
Cocher la bonne réponse, pour chaque série de propositions.
Question 1
La sélection exercée par l'Homme sur les plantes cultivées est un processus :
❑ réalisé au départ à partir d'espèces sauvages ;
❑ qui a commencé avec la découverte des gènes ;
❑ permettant de sélectionner uniquement de façon empirique des caractéristiques semblables aux plantes sauvages ;
❑ exclusivement basé sur les techniques de mutagénèse et de transgénèse.
Question 2
Des plantes possédant des nouvelles propriétés peuvent être obtenues par :
❑ le croisement de variétés différentes et homozygotes pour obtenir des hybrides homozygotes ;
❑ le croisement de variétés différentes et homozygotes pour obtenir des hybrides hétérozygotes ;
❑ l'autopollinisation d'une même variété ;
❑ la pollinisation d'une variété intéressante par des insectes.
Question 3
La transgénèse consiste à :
❑ obtenir des organismes génétiquement modifiés en les soumettant à des agents mutagènes ;
❑ à croiser deux individus d'espèces différentes ;
❑ à introduire dans le génome de la plante un ou plusieurs gènes provenant d'une autre espèce ;
❑ à obtenir des organismes génétiquement modifiés après de multiples croisements.

Corrigé

Synthèse
Introduction
La géothermie est l'exploitation de l'énergie thermique interne de la Terre pour obtenir de l'énergie thermique directement utilisable ou pour fabriquer de l'électricité. Différentes zones du globe accueillent des installations géothermiques, comme en Islande, aux Antilles, mais aussi à Hawaï ou encore en France métropolitaine dans le fossé rhénan. Quelle est l'origine de l'énergie thermique interne de la Terre ? Comment cette énergie est-elle transférée vers la surface terrestre ? Comment expliquer que certaines zones du globe soient propices à l'exploitation géothermique ? Nous allons d'abord présenter l'origine de l'énergie géothermique, puis préciser les modes de transfert de cette énergie vers la surface terrestre. Enfin, nous montrerons qu'il existe différents types de régions à la surface du globe favorables à l'exploitation de l'énergie géothermique.
I. L'origine de l'énergie géothermique

L'énergie géothermique a pour origine principale la désintégration d'éléments radioactifs. Les principaux éléments radioactifs sont l'uranium (238U et 235U), le thorium (232Th) et le potassium (40K). Ces éléments sont présents dans les roches des différentes enveloppes du globe (croûte, manteau, noyau).
II. Les modes de transfert de l'énergie géothermique vers la surface de la Terre
L'énergie géothermique est transférée vers la surface de la Terre selon deux modalités différentes. Un premier mode de transfert de l'énergie géothermique est la conduction. La conduction consiste en un transfert d'énergie thermique de proche en proche sans déplacement de matière. En particulier, l'énergie géothermique se propage par conduction au sein de la lithosphère et à l'interface entre le noyau et le manteau. Un second mode de transfert de l'énergie géothermique est la convection. La convection est le transfert d'énergie thermique associé à des déplacements de matière. Ainsi, dans le manteau et le noyau, l'énergie géothermique est transférée par convection, qui constitue un mode de transfert efficace de l'énergie thermique. Le manteau est animé de mouvements de convection, qui participent à la dissipation de l'énergie thermique interne de la Terre.
III. Certaines zones du globe sont propices à une exploitation géothermique
Schéma-bilan : géothermie  – origine et transfert de l'énergie géothermique, zones propices à l'exploitation géothermique
Schéma-bilan : géothermie - origine et transfert de l'énergie géothermique, zones propices à l'exploitation géothermique
Le flux géothermique est la quantité d'énergie thermique dissipée par unité de surface terrestre et par unité de temps. Les régions à la surface de la Terre présentant un fort flux géothermique sont propices à l'exploitation géothermique. Ainsi, au niveau des zones de subduction, les cordillères ou les arcs volcaniques situés sur la plaque chevauchante présentent un fort flux géothermique lié à la remontée de matériel chaud due au magmatisme de subduction. Par exemple, en Guadeloupe, île située en zone de subduction, la centrale géothermique de la ville de Bouillante exploite l'énergie géothermique pour produire de l'électricité. Les dorsales océaniques, si elles sont accessibles, constituent un autre contexte géodynamique favorable à l'exploitation géothermique. De par leur activité magmatique, les dorsales présentent un fort flux géothermique. Ainsi l'Islande, île située sur une portion émergée de la dorsale atlantique, présente un fort potentiel géothermique et exploite en de nombreux endroits l'énergie géothermique pour se fournir en énergie thermique et produire de l'électricité. Enfin, certaines régions situées en domaine continental à l'intérieur d'une plaque lithosphérique peuvent présenter un flux géothermique plus élevé que la moyenne. Ce flux géothermique accru est lié à l'existence d'une croûte continentale amincie au niveau des rifts continentaux. C'est le cas en France métropolitaine dans le rift rhénan, où la plus faible profondeur du Moho au niveau du rift autorise l'existence d'une centrale géothermique produisant de l'électricité à Soultz-sous-forêts.
Conclusion
Ainsi l'énergie géothermique a pour principale origine la désintégration des éléments radioactifs présents dans les différentes enveloppes du globe et elle est transférée vers la surface de la Terre par conduction et par convection. Il existe une diversité des zones à la surface de la Terre propices à l'exploitation géothermique : il s'agit des régions présentant un fort flux géothermique lié au contexte géodynamique : plaque chevauchante des zones de subduction, dorsales océaniques émergées, points chauds, rifts intracontinentaux. La diversité des implantations géothermiques actuelles dans le monde montre l'importance de cette source d'énergie. Cependant, d'un point de vue mondial, le potentiel géothermique est encore peu exploité alors qu'il s'agit d'une énergie écologique et renouvelable à l'échelle humaine. La géothermie est donc une énergie au service du développement durable, qui pourrait être utilisée davantage qu'actuellement.
Questionnaire à choix multiple
Question 1
La sélection exercée par l'Homme sur les plantes cultivées est un processus : réalisé au départ à partir d'espèces sauvages.
Question 2
Des plantes possédant des nouvelles propriétés peuvent être obtenues par : le croisement de variétés différentes et homozygotes pour obtenir des hybrides hétérozygotes.
Question 3
La transgénèse consiste à : introduire dans le génome de la plante un ou plusieurs gènes provenant d'une autre espèce.