Qu’est-ce que le « flux thermique » ?

Le flux thermique est le mouvement de la chaleur (énergie) de l’intérieur de la Terre vers la surface. La source de la plupart de la chaleur provient du refroidissement du noyau terrestre et de la génération de chaleur radioactive dans les 20 à 40 km supérieurs de la croûte terrestre. La production de chaleur radioactive est le résultat de roches crustales contenant de fortes concentrations d’éléments radioactifs naturels : thorium, potassium et/ou uranium. Le flux de chaleur est plus élevé dans les zones à forte radioactivité ou dans celles où la croûte terrestre est plus mince, comme les dorsales médio-océaniques ou la province Basin and Range de l’ouest des États-Unis. En outre, il existe des zones présentant des  » anomalies  » de flux thermique, c’est-à-dire un flux thermique crustal supérieur à la moyenne sans explication tectonique ou radioactive clairement identifiée, généralement lié à l’écoulement de fluides, comme dans le Dakota du Sud.
Le flux thermique est calculé en utilisant la conductivité thermique de la roche multipliée par le gradient de température. Les unités standard sont mW/m2 = milli Watts par mètre carré. Ainsi, pensez à un plan plat de 1 mètre sur 1 mètre et la quantité d’énergie transférée à travers ce plan est la quantité de flux thermique.
La conductivité thermique est déterminée en utilisant des carottes de roche ou en coupant sur un dispositif qui mesure la quantité d’énergie que l’échantillon de roche peut transférer. Des exemples de dispositifs utilisés dans un laboratoire sont une barre divisée ou une sonde à aiguille. Les unités de conductivité thermique sont généralement exprimées en W/mK = Watts par mètre Kelvin. Les valeurs de conductivité thermique d’une roche (minéral) changent lorsque la température augmente, c’est pourquoi les unités incluent le Kelvin.

Le gradient de température de la Terre au site de mesure est déterminé à partir de la collecte de la température dans un puits à des profondeurs spécifiques. Souvent, les unités de gradient sont soit °C/km, soit °F/100 pieds. Si les mesures de température sont prises après que le puits n’est plus impacté par le fluide de forage, il est considéré à l’équilibre. Ces valeurs sont de la plus haute qualité et comprennent une série de points de données qui aident à comprendre les changements dans la géologie/structure de la Terre. Il existe un tutoriel sur la diagraphie de la température avec des exemples expliquant pourquoi le gradient change.

Des mesures de température sont également collectées lors du forage de puits, notamment de puits de pétrole et de gaz. Ces valeurs de données sont appelées températures de fond de puits, car elles sont prises au fond de l’intervalle dans lequel le puits a été foré à ce moment-là. Il faut donc ajouter des corrections à ces valeurs pour compenser le réchauffement (puits peu profonds) ou le refroidissement (puits plus profonds) du fluide de forage. De plus, un emplacement de puits peut avoir plusieurs températures de fond de trou (BHT). Bien que moins d’informations sur la température soient collectées pour chaque site que pour les sites d’équilibre, un champ de pétrole et de gaz a généralement de nombreuses valeurs de BHT disponibles pour la comparaison ; la possibilité de comparer les températures améliore la précision de la valeur unique.
Pour qu’une valeur de flux thermique soit entièrement calibrée, après le calcul de la conductivité thermique et du gradient, il y a des corrections qui peuvent être nécessaires en fonction de l’endroit où le puits a été foré. Il s’agit par exemple de la topographie abrupte (le versant nord d’une montagne est plus froid que le versant sud) et de la structure géologique (une faille créant un changement brusque du type de roche avec des conductivités thermiques très différentes).

Pour des données mondiales sur le flux thermique, visitez le site de la Commission internationale du flux thermique.