origine de la chaleur interne terrestre

[Angmar]

Bonsoir chers amis !
J'ai deux sources contradictoires quant à l'origine de la principale source de chaleur interne terrestre : l'une me dit qu'elle provient majoritairement des collisions initiales lors de la formation de la terre (collisions originales) ; tandis que l'autre me dit qu'elle est du en majorité à la désintégration d'éléments radioactifs tels que le thorium, polonium, uranium...

La journée a été dure, et je n'arrive plus à faire la part des choses ^^
Merci de m'éclairer à ce sujet
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[invite2313209787891133]

Bonjour

La chaleur viens en effet de la décomposition d'éléments radioactifs en éléments plus légers. Quelques infos ici: http://fr.wikipedia.org/wiki/Structu...haleur_interne

[Yves2]

Attention, sujet glissant... ce qui explique les contradictions.
Jusqu'à peu, j'étais aussi convaincu que la chaleur radioactive était la source première, le moteur principal.
Mais...
Il y a quelques mois, un article dans Pour La Science, explique que ce n'est pas le cas. Et j'ai toute confiance en les auteurs.

Difficile de résumer l'article en quelque ligne, d'autant que je trouve sa traduction un peu confuse. Essayons.
Kelvin (pardon, Lord Kelvin) montre, avec l'analogie d'un boulet de canon qui se refroidit, que si on ne tient compte que de cette chaleur initiale d'accrétion (et donc pas de la chaleur radioactive), l'âge de la Terre est de quelques dizaines de millions d'années.
Donc : ça ne marche pas. On sait aujourd'hui que la Terre est plus vieille.
Proposition : il faut une autre source de chaleur.
Idée : la radioactivité.
Miracle ! Le problème est résolu.
Mais...
Mais le calcul de Kelvin ne tient pas compte d'un phénomène : la convection. En effet, la croûte, peu conductrice, permet à la chaleur initiale de "rester" dans le manteau, ou elle circule par cette convection. Elle est en quelque sorte "emprisonnée". Et donc, finalement, pas besoin de faire appel à la radioactivité.
Du coup, en tenant compte de la convection, on réduit fortement le rôle de la radioactivité en tant que source de chaleur principale.

Cette histoire est assez amusante, du point de vue pédagogique. L'expérience de Kelvin est interessante et didactique. Puis vient la radioactivité qui sort du chapeau et qui résout le problème. Et hop, on a la solution : la radioactivité, c'est elle, la source de chaleur.
C'est pourquoi cette histoire est enseignée par de nombreux enseignants (et je l'ai fait !).
Et bien en fait, il semblerait que non. Cette belle histoire est fausse : seule manquait la convection.

Y.

[Tawahi-Kiwi]

en majorité à la désintégration d'éléments radioactifs tels que le thorium, polonium, uranium...

Surement pas le polonium. Enfin, si mais on ne peut pas dire que ce soit un grand contributeur. Lorsque l'on parle de desintegration de l'uranium et du thorium, tout les choses bizarres et radioactives entre ces elements et le plomb sont comprises.

On peut rajouter a cette liste le ⁴⁰K.

@Yves2

Bin oui, on a toujours pris cette histoire de radioactivite comme acquise et je dois bien reconnaitre que je l'avais totalement admis. Etonnant cependant, qu'on ne realise que maintenant qu'il y a un probleme.

Cependant, initialement, la desintegration radioactive a du avoir son importance, notamment lorsque l'on joue avec ²⁶Al et ⁶⁰Fe. Une partie de la chaleur actuelle est donc toujours bien due a une desintegration radioactive. Mais elle est "fossile" et recyclee

T-K

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

salut,

Repost

source :
http://www.editions-belin.com/ewb_pa....php?lst_ref=1


La puissance thermique de la Terre est de 43 à 44 TW (1 TW = 1000 milliard de watt). On prendra ce chiffre pour la suite des événement, ceci dit une étude + recente la donne plus proche de 36 TW.

Les contributeurs sont :

1/ la radioactivité...
a) du manteau primitif : 25 TW
nota : manteau primitif = manteau actuel + croûte
b) du noyau : 0-1 TW

2/ la libération de chaleur primordiale...
par refroidissement : 13,3 TW
par cristallisation du noyau (chaleur latente de solidification) : 2 TW
par liberation d'énergie gravitationnelle ('contraction' de la Terre résultant de la cristallisation) : 2,7 TW

Le refroidissement de la Terre (13,3 TW) est égal à M.C dT/dt

La masse M de la Terre étant de 6.10²⁴ kg et sa capacité calorifique C approx. de 1000 J/kg, on peut en conclure qu'elle refroidit au rythme actuel d'environ 70°C (T moyenne) par milliard d'années.

L'accroissement de la taille de la graine solide se calcul comme :

dR/dt = dM/(4pi.rho.r²)dt

avec r graine=1221 km, rho graine = 11t/m3, l'accroissement est donc de 500 km par milliard d'années. Ccl : elle n'est pas plus vieille que 2 Ga.



En ce qui concerne la puissance thermique on a vu que la radioactivité est le contributeur principal.

Elle a elle même pour sous-contributeurs 4 isotopes à très longue périodes.

dans ce qui suit
tau : demi-vie (en milliard d'année)
h0 : énergie libérére par kg d'isotope décomposé (TJ/kg)
C0 : concentration (1e-9 kg/kg)
H : contribution actuelle (en TW) / il y a 3 Ga

238U (uranium)
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tau : 4,47
h0 : 19
C0 : 25,5
H :9,6 / 15,2

235U (fils de 238U)
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tau : 0,704
h0 : 18,2
C0 : 0,19
H : 0,4 / 8,1

232Th (thorium)
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tau : 14
h0 : 17,1
C0 : 103
H : 11,1 / 12,9

40K (potassium)
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tau : 1,25
h0 : 0,158
C0 : 32,9
H : 3,7 / 19,4

On a pu noter l'insigne faiblesse de la radioactivité du noyau dû au fait que par le plus grand des hasard les 3 éléments chimiques (uranium, thorium et potassium) responsables de la radioactivité du globe sont litophile, c-a-d que lors d'une fusion du matériaux initial, ils sont peut soluble dans la phase fer.

In addition of that, lors d'une fusion du manteau pour former le magma, ils se retrouvent préférentiellement dans la phase liquide et s'accumulent donc dans le magma pour former la croûte terrestre (océanique ou continentale). Près de la moitié de la chaleur radiogénique est donc dégagée dans la croûte, ce qui explique que le gradient thermique de la Terre est beaucoup plus fort dans les 100 premiers km.

Au départ la Terre est chaude parce que les éléments qui la forment tombent sur le globe en formation. Qui dit chute, dit libération d'énergie gravitationnelle (de la même façon qu'un verre libere sont énergie de chute en se brisant au moment de toucher le sol). Entre les choc, la Terre a le temps de former une surface solide rocheuse très peu conductrice de chaleur : le globe serait bcp plus froid si c'était un globe métallique. En plus de cela, et dans la masse il integre des éléments radioactifs qui entretiennent continuellement l'apport de chaleur. Près de la moitié est aujourd'hui désintégrée, dans les premiers âge (Achéen) la chaleur radiogénique était du double de maintenant.

[Gilgamesh]

Attention, sujet glissant... ce qui explique les contradictions.
Jusqu'à peu, j'étais aussi convaincu que la chaleur radioactive était la source première, le moteur principal.
Mais...
Il y a quelques mois, un article dans Pour La Science, explique que ce n'est pas le cas. Et j'ai toute confiance en les auteurs.

Difficile de résumer l'article en quelque ligne, d'autant que je trouve sa traduction un peu confuse. Essayons.
Kelvin (pardon, Lord Kelvin) montre, avec l'analogie d'un boulet de canon qui se refroidit, que si on ne tient compte que de cette chaleur initiale d'accrétion (et donc pas de la chaleur radioactive), l'âge de la Terre est de quelques dizaines de millions d'années.
Donc : ça ne marche pas. On sait aujourd'hui que la Terre est plus vieille.
Proposition : il faut une autre source de chaleur.
Idée : la radioactivité.
Miracle ! Le problème est résolu.
Mais...
Mais le calcul de Kelvin ne tient pas compte d'un phénomène : la convection. En effet, la croûte, peu conductrice, permet à la chaleur initiale de "rester" dans le manteau, ou elle circule par cette convection. Elle est en quelque sorte "emprisonnée". Et donc, finalement, pas besoin de faire appel à la radioactivité.
Du coup, en tenant compte de la convection, on réduit fortement le rôle de la radioactivité en tant que source de chaleur principale.

Cette histoire est assez amusante, du point de vue pédagogique. L'expérience de Kelvin est intéressante et didactique. Puis vient la radioactivité qui sort du chapeau et qui résout le problème. Et hop, on a la solution : la radioactivité, c'est elle, la source de chaleur.
C'est pourquoi cette histoire est enseignée par de nombreux enseignants (et je l'ai fait !).
Et bien en fait, il semblerait que non. Cette belle histoire est fausse : seule manquait la convection.

Y.

Dans mon souvenir (faudrait remettre la main sur l'article, il m'avait marqué, comme toi ) : l'article ne dit pas que la chaleur radiogénique n'est pas la principale source, mais que le calcul de Kelvin était faux même sans ça, simplement parce qu'il ne tenait pas compte de la possible convection mantellique, prévisible dès l'époque. Et d'autre part que la prise en compte de la chaleur radiogénique ne changeait le calcul qu'à la marge (toujours dans le cas d'une terre non convective), surtout si on considère que l'uranium est concentré dans la lithosphère.

a+

[Angmar]

ok, bah merci les amis pour vos explications.
J'aurai misé là-dessus aussi, mais j'ai vu dans un livre énorme (au sens propre) que j'ai sur le COSMOS (crée par science et vie) que la chaleur interne était plutot due aux collisions initiales, et que les éléments radiogéniques ne jouaient qu'un rôle minime).
ça m'a mi le doute...

En tout cas merci beaucoup !

(Et au fait, désolé, c'est bien "potassium" et non "polonium" que j'ai voulu écrire ^^)

[Yves2]

@ Gilgamesh,
J'ai l'article sous les yeux.
Kelvin, Perry et l'âge de la Terre, P. England, P. Molnar, F. Richter, PLS 364 de Février 2008, p. 32-37.
La version originale en anglais sors du GSA Today, vol. 27[1], pp. 4-9, 2007.
Eventuellement, je peux mettre en route le scanner...

Y.

[Gilgamesh]

@ Gilgamesh,
J'ai l'article sous les yeux.
Kelvin, Perry et l'âge de la Terre, P. England, P. Molnar, F. Richter, PLS 364 de Février 2008, p. 32-37.
La version originale en anglais sors du GSA Today, vol. 27[1], pp. 4-9, 2007.
Eventuellement, je peux mettre en route le scanner...

Y.

Pas besoin y'a déjà le scan en pdf de l'article paru sur American Scientist (lien depuis Wikipedia ) :

http://courses.washington.edu/ess408...nPerry2007.pdf

a+

[Gilgamesh]

[Yves2]

Eh bah voilà ! Bien joué Gilgamesh. Et merci !


Y.