Détailler les modes de dissipation de l'énergie interne Exercice de connaissances

La désintégration radioactive des isotopes instables est la source principale d'énergie thermique produite par la Terre. Cette énergie thermique est produite en majorité dans le manteau terrestre, mais pourtant elle se dissipe à la surface de la Terre selon deux mécanismes : la conduction et la convection.

La conduction peut être modélisée en chauffant un fluide par son sommet, on observe alors que très lentement, de proche en proche, la chaleur va être transmise vers le bas. Ce transfert thermique se fait sans mouvement de matière, par agitation moléculaire. Donc ce mécanisme de transfert thermique est peu efficace. On retrouve ce type de transfert dans la lithosphère qui est une couche rigide qui sépare le manteau ductile et la surface, on peut en effet observer que l'augmentation de température avec la profondeur y est constante. Dans cette zone, le gradient géothermique (augmentation de température avec la profondeur) est fort, car la dissipation de l'énergie est peu efficace. En étudiant les profondeurs de la Terre à l'aide des ondes sismiques, on peut également observer une zone de transition entre le noyau externe et le manteau où le gradient géothermique est fort, ce qui suggère que le transfert thermique entre ces deux couches se fait par conduction.

La convection peut être modélisée en chauffant un fluide par sa base. On observe alors que la matière chauffée va remonter vers la surface et s'étaler, puis en se refroidissant, elle va redescendre. Cela s'explique par la différence de densité entre la matière chaude et la matière froide. En effet, en chauffant, la matière perd en densité, ce qui explique son mouvement ascendant. Dans ce cas, la température de la couche est relativement homogène, donc le gradient géothermique est faible. On retrouve ce type de dissipation de l'énergie thermique dans le manteau ductile (asthénosphère et manteau inférieur), ainsi que dans le noyau interne. Ce caractère convectif permet une dissipation de la chaleur efficace, mais il est aussi relié aux mouvements des plaques lithosphériques. En effet, la tomographie sismique nous permet de voir des zones plus chaudes dans le manteau, par exemple sous les dorsales, qui correspondent à des mouvements ascendants, mais aussi des zones plus froides, par exemple au niveau des zones de subduction, qui correspondent à des mouvements descendants du manteau.

On retrouve donc en profondeur les deux types de dissipation de la chaleur, la conduction et la convection.