Les Sources radioactives de chaleur

Isotopes stables et instables

Certains isotopes sont considérés comme stables et d’autres comme instables. L’instabilité se produit en raison d’un déséquilibre dans le nombre de protons et de neutrons dans le noyau atomique. Plus ce déséquilibre est important, plus un isotope est susceptible d’être instable. Par exemple, ¹²C et ¹³C sont stables, tandis que ¹⁴C est instable. Un isotope instable a un excès d’énergie interne. Il peut passer à une configuration plus stable en cédant une partie de son énergie. L’isotope instable atteint une forme plus stable en émettant des particules énergétiques. Ce processus est appelé désintégration radioactive. Les isotopes instables émettent des rayonnements (énergie sous forme d’ondes électromagnétiques) et sont appelés des radio-isotopes.

Exemples d’isotopes du carbone et désintégration radioactive

En ce qui concerne l’élément carbone, le ¹²C et le ¹³C sont des isotopes stables et ne sont donc pas considérés comme radioactifs. Cependant, ¹⁴C est radioactif (instable) en raison du poids supplémentaire de ses deux neutrons supplémentaires et, par conséquent, subit une désintégration radioactive. La désintégration radioactive émet des rayonnements et produit de la chaleur lorsque l’isotope parent se désintègre en une forme stable : l’isotope fils. Dans le cas du carbone l’isotope parent radioactif ¹⁴C se désintègre en isotope fils stable ¹⁴N. Au cours de ce processus, l’un des huit neutrons du nucléide ¹⁴C devient un proton, ce qui réduit le nombre de neutrons à sept et augmente le nombre de protons de six à sept. Cette désintégration radioactive a créé l’isotope fils stable de l’azote : ¹⁴N.

Voici quelques exemples d’isotopes parents et fils :

Chauffage radiogénique

Comme mentionné précédemment, les isotopes instables deviennent plus stables en libérant de l’énergie lors de la désintégration radioactive. La libération d’énergie thermique provenant de la désintégration radioactive est appelée de chauffage radiogénique. Sur Terre, quatre isotopes radioactifs sont responsables de la majorité de la chaleur radiogénique en raison de leur enrichissement par rapport aux autres isotopes radioactifs : l’uranium 238 (²³⁸U), l’uranium 235 (²³⁵U), le thorium 232 (²³²Th) et le potassium 40 (⁴⁰K).

Mouvement de la chaleur à travers la Terre

Au fur et à mesure que la chaleur est libérée dans le noyau, cette énergie se déplace. Les températures à la limite noyau-manteau peuvent atteindre plus de 4 000 °C (7 200 °F).¹Lay, T., Hernlund, J., & Buffett, B. A. (2008). Core–mantle boundary heat flow. Nature geoscience, 1(1), 25-32. La chaleur du noyau crée un courant de convection dans la couche du manteau qui, non seulement aide à chauffer la croûte pour produire de l’énergie géothermique, mais déplace également les plaques tectoniques de la Terre. Le noyau chauffe le magma, ce qui fait monter le magma vers la croûte ; tandis que le magma plus près de la croûte refroidit et descend vers le noyau. Le magma ascendant chauffe les aquifères et les roches, créant des évents de vapeur, des sources chaudes, des geysers, des évents hydrothermaux sous-marins et d’autres caractéristiques essentielles pour exploiter l’énergie géothermique.²National Geographic. (n.d.). Geothermal Energy. National Geographic Education. Bien que l’on observe fréquemment des mouvements de vapeur, d’eau ou de magma, la majeure partie de l’énergie géothermique de la Terre est sèche et en profondeur. De nombreuses accumulations de chaleur élevée dans la croûte terrestre ne sont accessibles qu’en forant à la profondeur appropriée.