PARTIE 2 | La Terre interne actuelle
2.21 Des roches en mouvement
Le mécanisme de transfert de chaleur à l’œuvre dans la planète est donc directement
lié à l’inefficacité du refroidissement. Trois grands modes de transferts de chaleur
sont connus, et en général ils agissent en même temps.
Définitions
La conduction thermique décrit le transfert de chaleur microscopique réalisé de proche
en proche entre les atomes. En quelque sorte, c’est un mécanisme qui s’opère par contact.
Lorsque l’on met ses pieds chauds sur le carrelage froid, la chaleur est conduite de notre
corps au sol. La radiation correspond à la transmission de chaleur opérée par rayonnement.
Un corps chaud émet de la lumière qui interagit avec un autre corps froid qui va chauffer. Se
réchauffer à la lumière du soleil est bien connu. L’advection est le transfert de chaleur qui se
réalise par déplacement de matière. Par exemple, la brise est un vent d’air chaud agréable.
L’air déplacé transporte avec lui sa chaleur.
Le transfert de chaleur par radiation est inefficace à l’intérieur de la Terre. La lumière ne se propage pas bien à l’intérieur des roches et des métaux. La conduction
est plus efficace. Elle est décrite par la loi dite de Fourier qui est simplifiée ici :
où q est le flux de chaleur (en W • m2), k est la conductivité thermique du matériau
(en W • m-1 • K-1), qui caractérise son pouvoir à transmettre la chaleur au niveau
microscopique, et A77A? est le gradient de température (en K-m-1), qui est un
écart de température sur une distance donnée. Par exemple, lorsqu’on est dans
une maison, que la température à l’intérieur est 19 °C (292 K) alors qu’il fait 6 °C
(278 K) dehors, et que la conductivité des murs en pierre de 80 cm d’épaisseur
est de 4 W • m-1 • K-1, alors le flux de chaleur qui s’échappe de la maison est de
65 W m-2. C’est énorme comparé au flux de chaleur terrestre :
Cs/(4 n R2) = 40-1012 W/5,1 • 1014 m2 = 0,078 W • nr2.
Si l’on reprend l'équation (1) et qu’on l’applique au flux de chaleur terrestre, il est
possible d’estimer le gradient de température proche de la surface. On utilise les
valeurs précédentes et on obtient :
âl = 0,078/4-0,02 K-nr1.
Az
Si on fait l’hypothèse que ce gradient de température est identique sur tout le manteau alors la température à 500 km de profondeur serait de 10 000 K ! Toutes les
roches seraient fondues, ce qui n’est pas le cas.
Si la conduction de la chaleur est le mécanisme dominant dans les 50-100 premiers
kilomètres de la planète (lithosphère), l’advection de chaleur est celui qui est le plus
important entre 100 et 2 800 km de profondeur. Les roches se déforment, bougent
et transportent la chaleur. Les roches en surface témoignent de déformations et
de déplacements sur de grandes distances. Les failles jouent un rôle, mais à haute
pression et à haute température, c’est la déformation visqueuse ou plastique qui
est efficace. En effet, même si les roches sont des solides, sous l’effet de forces
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2.21 Des roches en mouvement
Le mécanisme de transfert de chaleur à l’œuvre dans la planète est donc directement
lié à l’inefficacité du refroidissement. Trois grands modes de transferts de chaleur
sont connus, et en général ils agissent en même temps.
Définitions
La conduction thermique décrit le transfert de chaleur microscopique réalisé de proche
en proche entre les atomes. En quelque sorte, c’est un mécanisme qui s’opère par contact.
Lorsque l’on met ses pieds chauds sur le carrelage froid, la chaleur est conduite de notre
corps au sol. La radiation correspond à la transmission de chaleur opérée par rayonnement.
Un corps chaud émet de la lumière qui interagit avec un autre corps froid qui va chauffer. Se
réchauffer à la lumière du soleil est bien connu. L’advection est le transfert de chaleur qui se
réalise par déplacement de matière. Par exemple, la brise est un vent d’air chaud agréable.
L’air déplacé transporte avec lui sa chaleur.
Le transfert de chaleur par radiation est inefficace à l’intérieur de la Terre. La lumière ne se propage pas bien à l’intérieur des roches et des métaux. La conduction
est plus efficace. Elle est décrite par la loi dite de Fourier qui est simplifiée ici :
où q est le flux de chaleur (en W • m2), k est la conductivité thermique du matériau
(en W • m-1 • K-1), qui caractérise son pouvoir à transmettre la chaleur au niveau
microscopique, et A77A? est le gradient de température (en K-m-1), qui est un
écart de température sur une distance donnée. Par exemple, lorsqu’on est dans
une maison, que la température à l’intérieur est 19 °C (292 K) alors qu’il fait 6 °C
(278 K) dehors, et que la conductivité des murs en pierre de 80 cm d’épaisseur
est de 4 W • m-1 • K-1, alors le flux de chaleur qui s’échappe de la maison est de
65 W m-2. C’est énorme comparé au flux de chaleur terrestre :
Cs/(4 n R2) = 40-1012 W/5,1 • 1014 m2 = 0,078 W • nr2.
Si l’on reprend l'équation (1) et qu’on l’applique au flux de chaleur terrestre, il est
possible d’estimer le gradient de température proche de la surface. On utilise les
valeurs précédentes et on obtient :
âl = 0,078/4-0,02 K-nr1.
Az
Si on fait l’hypothèse que ce gradient de température est identique sur tout le manteau alors la température à 500 km de profondeur serait de 10 000 K ! Toutes les
roches seraient fondues, ce qui n’est pas le cas.
Si la conduction de la chaleur est le mécanisme dominant dans les 50-100 premiers
kilomètres de la planète (lithosphère), l’advection de chaleur est celui qui est le plus
important entre 100 et 2 800 km de profondeur. Les roches se déforment, bougent
et transportent la chaleur. Les roches en surface témoignent de déformations et
de déplacements sur de grandes distances. Les failles jouent un rôle, mais à haute
pression et à haute température, c’est la déformation visqueuse ou plastique qui
est efficace. En effet, même si les roches sont des solides, sous l’effet de forces
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