Puissance géothermique advectée par l'eau d'une source et surface de son bassin versant. Étude théorique

Résumé En Fr

Geothermal heat advected by spring water, and surface of its drainage basin. A theoretical study. With continuous measurements of floods and temperature of a spring, it is possible to calculate heat transfer to the water. We concentrate hereby on deep karst which allows a good uniformisation of temperatures, and analyse the temperature fluctuations as a function of discharge and geothermal flux. In the thermal balance of a spring, exothermal chemical reactions are not important. Gravitational effects account for an increase in temperature regardless of discharge. Geothermal flux influences low-water temperatures as does gravity. During floods, geothermal influence appears to be reduced. However, by analyzing thermal exchange during floods, the considerable role of thermal inertia of the deeply buried limestone (less important than the one of superficial limestone) is evidenced. The limestone matrix in the deep zone of the karst delivers heat to the water in floods, and takes back heat during regression and low-water conditions (already studied by Renner, 1996, Badino, 2005). Different processes that explain this transfer in transitory state, especially asymmetrically in time, are examined. Then, a new method to separate the geothermal flux from the other contributions is developed. It works well with isotherm rainfall and approaches reality in the other cases. We get the collector surface of geothermal flux, which is comparable with the catchment area of the spring.

Un enregistrement suivi des débits et des températures d'une source permet de remonter aux puissances thermiques reçues par l'eau. On s'intéresse à des karsts profonds qui permettent une assez bonne uniformisation des températures et on analyse plus particulièrement les fluctuations de la température en fonction du débit et le rôle du flux géothermique. Dans le bilan thermique d'une source, les réactions chimiques exothermiques n'ont qu'une action négligeable. Le travail des forces de pesanteur conduit à une augmentation constante de température quel que soit le débit. Le flux géothermique a une action sur la température d'étiage, comparable à celle de la pesanteur. Pendant les crues, l'influence du flux géothermique est apparemment bien plus réduite. Mais analysant les échanges thermiques pendant les transitoires de crue, on constate le rôle considérable de l'inertie thermique du calcaire profond, apport moins important certes que celui du calcaire superficiel. La matrice calcaire profonde de la zone noyée fournit de la chaleur à l'eau au moment de la crue et en récupère au moment de la décrue et du tarissement [ce point a déjà été étudié par Renner, 1996, Badino, 2005]. On examine différents processus qui expliquent ce transfert en régime transitoire, en particulier des processus non symétriques dans le temps. On développe ensuite une méthode nouvelle pour séparer le flux géothermique des autres contributions. Cette méthode est exacte dans le cas de pluies isothermes, et approchée dans les autres cas. L'étude conduit à l'obtention de la surface de collection du flux géothermique, voisine de celle du bassin versant de la résurgence.