Qu’est ce que le Gradient géothermique ?

Notre Terre a une profondeur de plus de 6300 km jusqu’au noyau. Plus vous vous enfoncez dans la Terre, plus la température grimpe; c’est ce que l’on appelle le gradient géothermique. Il s’agit en effet du taux de variation de la température en fonction de la profondeur à la surface de la Terre. 

Plus le gradient géothermique est élevé, plus l’intérieur de la Terre est chaud.

Alors qu’est-ce que le gradient géothermique à proprement parler et comment le mesure-t-on ? Tous les détails dans l’article.

Gradient géothermique : c’est quoi ?

Le gradient géothermique constitue le taux de changement de température avec la profondeur dans la croûte terrestre. 

Le gradient géothermique moyen est d’environ 25°C par kilomètre dans la croûte supérieure, soit une augmentation de 3°C tous les 100 mètres. Cela signifie que pour chaque kilomètre que vous descendez, la température augmente de 25°C.

Toutefois, il peut varier d’un endroit à l’autre et avec la profondeur : 

• Il est le plus élevé près des régions volcaniques, où la convection du manteau est la plus active. Il diminue avec la profondeur car la chaleur conduite à travers les roches devient moins efficace à des températures plus élevées.
• Au niveau de la lithosphère de la Terre (croûte + manteau supérieur), il a une conductivité thermique moyenne d’environ 3 W/(m-K). Cela signifie qu’il faut environ 1 million d’années pour que la chaleur circule d’une profondeur de 1 kilomètre vers la surface. 
• Le gradient diminue avec la profondeur, et est proche de zéro à la limite entre le manteau et le noyau.

Le processus thermique

Ce taux d’augmentation de la température terrestre est causé par le flux de chaleur provenant de l’intérieur de la Terre. Ce flux de chaleur est le résultat de la désintégration radioactive de la Terre et de la convection thermique dans le manteau.  

Le manteau, qui entoure le noyau en fusion de la Terre, est particulièrement chaud, et cette chaleur rayonne vers l’extérieur, vers la croûte. La croûte agit comme un isolant, piégeant une partie de cette chaleur et provoquant une augmentation de la température avec la profondeur. 

Le gradient géothermique n’est pas uniforme dans toute la croûte terrestre, mais varie en fonction de l’épaisseur de la croûte et de la quantité de chaleur émise par le manteau. 

À savoir : Une valeur spécifique de flux thermique sur le continent est de 60 mW /m² et peut descendre à 30 mW / m² dans les anciennes zones continentales (là où la lithosphère est plus épaisse) et dépasser les 120 mW / m² dans les zones où la lithosphère est plus fine.

à 25 km de la surface de terre, la température monte à environ 750°C. Aujourd’hui, les géophysiciens estiment que la température près du noyau atteint environ 5000°C.

C’est un facteur important dans de nombreux processus géologiques, notamment la formation des volcans, des cheminées hydrothermales et des geysers. 

C’est également un paramètre important dans le fonctionnement des centrales géothermiques. 

Comment mesurer le gradient géothermique ?

L’unité de mesure conventionnelle est le degré Celsius par kilomètre (°C/km). 

Le gradient géothermique varie d’un endroit à l’autre, en fonction du flux de chaleur, de l’épaisseur de la croûte et de la conductivité thermique des roches, il peut être beaucoup plus élevé dans les sections exposées de la croûte profonde.

Mesurer le gradient géothermique n’est pas un processus simple car cela nécessite de forer profondément dans le sol pour accéder aux roches à différentes profondeurs. Toutefois, quelques méthodes peuvent être utilisées pour estimer le gradient géothermique : 

La technique du calorimètre

Cette technique consiste à mesurer le flux de chaleur de la surface de la Terre à l’aide d’instruments sensibles. On peut se servir de cette méthode pour mesurer ce flux sur de grandes surfaces et peut être combinée aux données sismiques pour estimer le gradient géothermique à des endroits spécifiques. 

Utilisation d’un forage

Une autre méthode consiste à utiliser les données de température de forage, ce qui implique de forer un puits et de mesurer la température à différentes profondeurs. 

Ce procédé est plus précis dans les zones où il y a une forte concentration de roche chaude, comme près des régions volcaniques. 

La méthode de la sismologie passive

Enfin, la sismologie passive peut être utilisée pour déduire le gradient à partir de mesures d’ondes sismiques. On utilise des sismomètres pour mesurer les vibrations de la croûte terrestre. Cette méthode est surtout utile dans les régions où il y a de forts risques de séismes et de tremblements de terre.

Pourquoi est-il important de mesurer la température de la Terre ?

La compréhension de ce processus nous aide à mieux comprendre l’histoire de la Terre et le climat potentiel futur. 

En effet, mesurer la température de la Terre avec un gradient géothermique nous aide à comprendre comment la chaleur est transférée à l’intérieur de la Terre et comment cela affecte les processus de surface. Ces informations sont importantes pour comprendre le changement climatique global et prévoir les conditions climatiques futures.