Source chaude

Une source chaude , une source hydrothermale ou une source géothermique est une source produite par l’émergence d’ eau souterraine chauffée par géothermie à la surface de la Terre. L’eau souterraine est chauffée soit par des masses peu profondes de magma (roche en fusion), soit par circulation à travers des failles vers des roches chaudes profondes dans la croûte terrestre . Dans les deux cas, la source ultime de chaleur est la désintégration radioactive des éléments radioactifs naturels dans le manteau terrestre , la couche sous la croûte.

Grand Prismatic Spring et Midway Geyser Basin dans le parc national de Yellowstone

L’eau de source chaude contient souvent de grandes quantités de minéraux dissous. La chimie des sources chaudes va des sources de sulfate acide avec un pH aussi bas que 0,8, aux sources de chlorure alcalin saturées de Silice , aux sources de bicarbonate saturées de dioxyde de carbone et de Minéraux carbonatés . Certaines sources contiennent également du fer dissous en abondance. Les minéraux ramenés à la surface dans les sources chaudes alimentent souvent des communautés d’ extrêmophiles , des micro-organismes adaptés aux conditions extrêmes, et il est possible que la vie sur Terre ait son origine dans les sources chaudes. ^{[1] [2]}

Les humains utilisent les sources chaudes pour se baigner, se détendre ou suivre une thérapie médicale depuis des milliers d’années. Cependant, certains sont suffisamment chauds pour que l’immersion puisse être nocive, entraînant des brûlures et, potentiellement, la mort. ^[3]

Définitions

Il n’y a pas de définition universellement acceptée d’une source chaude. Par exemple, on peut trouver l’expression source chaude définie comme

• toute source chauffée par l’ activité géothermique ^[4]
• une source avec des températures de l’eau au-dessus de son environnement ^{[5] [6]}
• une source naturelle dont la température de l’eau est supérieure à la température du corps humain (normalement environ 37 °C (99 °F)) ^{[7] [8] [9] [10] [11]}

Sources chaudes à Rio Quente, Brésil.

• une source d’eau naturelle dont la température est supérieure à 21 °C (70 °F) ^{[12] [13] [14] [15]}
• un type de source thermale dont la température de l’eau est généralement de 6 à 8 ° C (11 à 14 ° F) ou plus au-dessus de la température moyenne de l’air. ^[16]
• une source dont la température de l’eau est supérieure à 50 °C (122 °F) ^[17]

Le terme connexe « source chaude » est défini comme une source dont la température de l’eau est inférieure à celle d’une source chaude selon de nombreuses sources, bien que Pentecost et al. (2003) suggèrent que l’expression « printemps chaud » n’est pas utile et devrait être évitée. ^[9] Le centre de données géophysiques américain NOAA définit une “source chaude” comme une source avec de l’eau entre 20 et 50 °C (68 et 122 °F).

Sources de chaleur

L’eau issue d’une source chaude est chauffée par géothermie , c’est-à-dire grâce à la chaleur produite par le manteau terrestre . Cela se fait de deux manières. Dans les zones de forte activité volcanique, du magma (roche en fusion) peut être présent à de faibles profondeurs dans la croûte terrestre . L’eau souterraine est chauffée par ces corps magmatiques peu profonds et remonte à la surface pour émerger à une source chaude. Cependant, même dans les zones qui ne connaissent pas d’activité volcanique, la température des roches à l’intérieur de la terre augmente avec la profondeur. Le taux d’augmentation de la température avec la profondeur est connu sous le nom de gradient géothermique. Si l’eau s’infiltre suffisamment profondément dans la croûte, elle sera chauffée au contact de la roche chaude. Cela se produit généralement le long des failles , où les lits de roches brisées offrent des voies faciles à l’eau pour circuler à de plus grandes profondeurs. ^[18]

Une grande partie de la chaleur est créée par la désintégration d’éléments naturellement radioactifs. On estime que 45 à 90 % de la chaleur qui s’échappe de la Terre provient de la désintégration radioactive d’éléments principalement situés dans le manteau. ^{[19] [20] [21]} Les principaux isotopes producteurs de chaleur sur Terre sont le potassium-40 , l’uranium-238 , l’uranium-235 et le thorium-232 . ^[22] Dans les zones sans activité volcanique, cette chaleur traverse la croûte par un lent processus de conduction thermique , mais dans les zones volcaniques, la chaleur est transportée plus rapidement à la surface par des corps de magma. ^[23]

La Chaleur radiogénique de la désintégration du ²³⁸ U et du ²³² Th sont désormais les principaux contributeurs au bilan thermique interne de la Terre .

Une source chaude qui projette périodiquement de l’eau et de la vapeur s’appelle un geyser . Dans les zones volcaniques actives telles que le parc national de Yellowstone , le magma peut être présent à faible profondeur. Si une source chaude est connectée à une grande citerne naturelle proche d’un tel corps de magma, le magma peut surchaufferl’eau de la citerne, élevant sa température au-dessus du point d’ébullition normal. L’eau ne bouillira pas immédiatement, car le poids de la colonne d’eau au-dessus de la citerne met la citerne sous pression et supprime l’ébullition. Cependant, à mesure que l’eau surchauffée se dilate, une partie de l’eau émergera à la surface, réduisant la pression dans la citerne. Cela permet à une partie de l’eau de la citerne de se transformer en vapeur, ce qui force plus d’eau à sortir de la source chaude. Cela conduit à une condition d’emballement dans laquelle une quantité importante d’eau et de vapeur est éjectée de force de la source chaude lorsque la citerne est vidée. La citerne se remplit ensuite d’eau plus froide et le cycle se répète. ^{[24] [25]}

Les geysers nécessitent à la fois une citerne naturelle et une source abondante d’eau plus fraîche pour remplir la citerne après chaque éruption du geyser. Si l’approvisionnement en eau est moins abondant, de sorte que l’eau est bouillie aussi vite qu’elle peut s’accumuler et n’atteint la surface que sous forme de vapeur , le résultat est une fumerolle . Si l’eau est mélangée avec de la boue et de l’ argile , le résultat est un Pot de boue . ^{[24] [26]}

Un exemple de source chaude non volcanique est Warm Springs, en Géorgie (fréquentée pour ses effets thérapeutiques par le président américain Paraplégique Franklin D. Roosevelt , qui y a construit la Petite Maison Blanche ). Ici, les eaux souterraines proviennent de la pluie et de la neige ( eau météorique ) tombant sur les montagnes voisines, qui pénètrent dans une formation particulière ( Hollis Quartzite ) à une profondeur de 3 000 pieds (910 m) et sont chauffées par le gradient géothermique normal. ^[27]

Chimie

Hammam Maskhoutine en Algérie , un exemple de source chaude bicarbonate

Parce que l’eau chauffée peut contenir plus de solides dissous que l’eau froide, l’eau qui sort des sources chaudes a souvent une teneur en minéraux très élevée , contenant tout, du calcium au lithium et même au radium . ^[28] La chimie globale des sources chaudes varie du chlorure alcalin au sulfate acide en passant par le bicarbonate et les riches en fer , chacun définissant un membre final d’une gamme de chimies de sources chaudes possibles. ^{[29] [30]}

Les sources chaudes de chlorure alcalin sont alimentées par des fluides hydrothermaux qui se forment lorsque les eaux souterraines contenant des sels de chlorure dissous réagissent avec des roches silicatées à haute température. Ces sources ont un pH presque neutre mais sont saturées de Silice ( SiO ₂ ). La solubilité de la Silice dépend fortement de la température, donc lors du refroidissement, la Silice se dépose sous forme de geysérite , une forme d’ opale (opale-A : SiO ₂ ·nH ₂ O ). ^[31]Ce processus est suffisamment lent pour que la geysérite ne soit pas entièrement déposée immédiatement autour de l’évent, mais tend à constituer une plate-forme basse et large sur une certaine distance autour de l’ouverture de la source. ^{[32] [33] [34]}

Les sources thermales de sulfate acide sont alimentées par des fluides hydrothermaux riches en sulfure d’hydrogène ( H ₂ S ), qui est oxydé pour former de l’acide sulfurique , H ₂ SO ₄ . ^[32] Le pH des fluides est ainsi abaissé à des valeurs aussi basses que 0,8. ^[35] L’acide réagit avec la roche pour la transformer en minéraux argileux , en Minéraux oxydés et en un résidu de Silice. ^[30]

Les sources chaudes de bicarbonate sont alimentées par des fluides hydrothermaux qui se forment lorsque le dioxyde de carbone ( CO ₂ ) et les eaux souterraines réagissent avec les Roches carbonatées . ^[32] Lorsque les fluides atteignent la surface, le CO ₂ est rapidement perdu et les Minéraux carbonatés se précipitent sous forme de travertin , de sorte que les sources chaudes de bicarbonate ont tendance à former des structures à haut relief autour de leurs ouvertures. ^[30]

Les sources riches en fer sont caractérisées par la présence de communautés microbiennes qui produisent des amas de fer oxydé à partir du fer dans les fluides hydrothermaux alimentant la source. ^{[36] [30]}

Certaines sources chaudes produisent des fluides dont la chimie est intermédiaire entre ces extrêmes. Par exemple, les sources chaudes mixtes acide-sulfate-chlorure sont intermédiaires entre les sources de sulfate acide et de chlorure alcalin et peuvent se former en mélangeant des fluides de sulfate acide et de chlorure alcalin. Ils déposent de la geysérite, mais en plus petite quantité que les sources alcalines de chlorure. ^[32]

Débits

Deildartunguhver , Islande : la source chaude à débit le plus élevé d’ Europe

Les sources chaudes varient en débit, des plus petits “filtres” à de véritables rivières d’eau chaude. Parfois, la pression est suffisante pour que l’eau jaillisse dans un geyser ou une fontaine .

Sources chaudes à haut débit

Il existe de nombreuses affirmations dans la littérature sur les débits des sources chaudes. Il existe beaucoup plus de sources non thermales à haut débit que de sources géothermiques. Les ressorts à débit élevé comprennent :

• Le complexe de Dalhousie Springs en Australie avait un débit total de pointe de plus de 23 000 litres/seconde en 1915, ce qui donnait à la source moyenne du complexe un débit de plus de 325 litres/seconde. Cela a été réduit maintenant à un débit total de pointe de 17 370 litres/seconde, de sorte que la source moyenne a un débit de pointe d’environ 250 litres/seconde. ^[37]
• Source chaude “Blood Pond” à Beppu , Japon Les 2 850 sources chaudes de Beppu au Japon sont le complexe de sources chaudes à débit le plus élevé au Japon. Ensemble, les sources chaudes de Beppu produisent environ 1 592 litres/seconde, soit un débit moyen de source chaude de 0,56 litre/seconde.
• Les 303 sources chaudes de Kokonoe au Japon produisent 1 028 litres/seconde, ce qui donne à la source chaude moyenne un débit de 3,39 litres/seconde.
• La préfecture d’Ōita compte 4 762 sources chaudes, avec un débit total de 4 437 litres/seconde, de sorte que le débit moyen des sources chaudes est de 0,93 litre/seconde.
• La source chaude au débit le plus élevé au Japon est la source chaude de Tamagawa dans la préfecture d’ Akita , qui a un débit de 150 litres/seconde. La source chaude de Tamagawa alimente un ruisseau de 3 m (9,8 pieds) de large avec une température de 98 ° C (208 ° F).
• Les sources chaudes les plus célèbres de Caldas Novas au Brésil ( ” Nouvelles sources chaudes” en portugais ) sont exploitées par 86 puits, d’où 333 litres/seconde sont pompés pendant 14 heures par jour. Cela correspond à un débit moyen de pointe de 3,89 litres/seconde par puits. ^{[ citation nécessaire ]}
• En Floride , il y a 33 « sources de magnitude 1 » reconnues (ayant un débit supérieur à 2 800 L/s (99 pi3/s). Silver Springs, en Floride, a un débit de plus de 21 000 L/s (740 pi3 /s). s).
• Le cratère Excelsior Geyser dans le parc national de Yellowstone produit environ 4 000 US gal/min (0,25 m ³ /s).
• Evans Plunge à Hot Springs, dans le Dakota du Sud, a un débit de 5 000 US gal/min (0,32 m ³ /s) d’eau de source à 87 °F (31 °C). Le Plunge, construit en 1890, est la plus grande piscine intérieure d’eau chaude naturelle au monde.
• La source chaude de Saturnia , Italie avec environ 500 litres par seconde ^[38]
• Lava Hot Springs dans l’Idaho a un débit de 130 litres/seconde.
• Glenwood Springs dans le Colorado a un débit de 143 litres/seconde.
• Elizabeth Springs dans l’ouest du Queensland , en Australie, aurait pu avoir un débit de 158 litres/seconde à la fin du 19e siècle, mais a maintenant un débit d’environ 5 litres/seconde.
• Deildartunguhver en Islande a un débit de 180 litres/seconde.
• Il y a au moins trois sources chaudes dans la région de Nage à 8 km (5,0 mi) au sud-ouest de Bajawa en Indonésie qui produisent collectivement plus de 453,6 litres/seconde.
• Il existe trois autres grandes sources chaudes (Mengeruda, Wae Bana et Piga) à 18 km (11 mi) au nord-est de Bajawa, en Indonésie , qui produisent ensemble plus de 450 litres/seconde d’eau chaude.
• Dans la forêt boréale du Yukon , à 25 minutes au nord-ouest de Whitehorse dans le nord du Canada, les sources chaudes de Takhini s’écoulent de l’intérieur de la Terre à 385 L / min (85 gal imp / min; 102 gal US / min) et 47 ° C (118 ° F) toute l’année. ^[39]

Écosystèmes de sources chaudes

Tapis d’algues poussant dans la piscine chaude de la carte de l’Afrique , Orakei Korako , Nouvelle-Zélande

Les sources chaudes abritent souvent des communautés de micro-organismes adaptés à la vie dans une eau chaude chargée de minéraux. Ceux-ci incluent les thermophiles , qui sont un type d’ extrêmophile qui se développe à des températures élevées, entre 45 et 80 °C (113 et 176 °F). ^[40] Plus loin de l’évent, là où l’eau a eu le temps de se refroidir et de précipiter une partie de sa charge minérale, les conditions favorisent les organismes adaptés à des conditions moins extrêmes. Cela produit une succession de communautés microbiennes à mesure que l’on s’éloigne de l’évent, ce qui ressemble à certains égards aux étapes successives de l’évolution de la vie précoce. ^[41]

Par exemple, dans une source thermale de bicarbonate, la communauté d’organismes immédiatement autour de l’évent est dominée par des bactéries thermophiles filamenteuses , telles que Aquifex et d’autres Aquificales , qui oxydent le sulfure et l’hydrogène pour obtenir de l’énergie pour leurs processus vitaux. Plus loin de l’évent, où la température de l’eau est tombée en dessous de 60 ° C (140 ° F), la surface est recouverte de tapis microbiens de 1 centimètre (0,39 po) d’épaisseur dominés par des cyanobactéries , telles que Spirulina , Oscillatoria et Synechococcus , ^{[ 42]} et des bactéries soufrées vertes telles que Chloroflexus. Ces organismes sont tous capables de photosynthèse , bien que les bactéries soufrées vertes produisent du soufre plutôt que de l’oxygène lors de la photosynthèse. Encore plus loin de l’évent, où les températures descendent en dessous de 45 ° C (113 ° F), les conditions sont favorables à une communauté complexe de micro-organismes qui comprend la spiruline , le calothrix , les Diatomées et autres Eucaryotes unicellulaires , ainsi que les insectes et protozoaires brouteurs. Lorsque les températures chutent près de celles de l’environnement, des plantes plus hautes apparaissent. ^[41]

Les sources chaudes de chlorure alcalin montrent une succession similaire de communautés d’organismes, avec diverses bactéries thermophiles et archées dans les parties les plus chaudes de l’évent. Les sources chaudes de sulfate acide montrent une succession quelque peu différente de micro-organismes, dominée par des algues tolérantes à l’acide (telles que les membres de Cyanidiophyceae ), des Champignons et des Diatomées. ^[32] Les sources chaudes riches en fer contiennent des communautés d’organismes photosynthétiques qui oxydent le fer réduit ( ferreux ) en fer oxydé ( ferrique ). ^[43]

Les sources chaudes sont une source d’eau fiable qui fournit un environnement chimique riche. Cela inclut les espèces chimiques réduites que les micro-organismes peuvent oxyder comme source d’énergie. Contrairement aux « fumeurs noirs » (évents hydrothermaux au fond de l’océan), les sources chaudes produisent des fluides à des températures moins extrêmes, et elles connaissent des cycles d’humidification et d’assèchement qui favorisent la formation de molécules organiques simples. Pour ces raisons, on a émis l’hypothèse que les sources chaudes pourraient être le lieu d’origine de la vie sur Terre. ^{[41] [30]}

Utilisations humaines

Macaques profitant d’une source chaude en plein air ou ” onsen ” à Nagano Baignade d’hiver à Tsuru-no-yu roten-buro à Nyūtō, Akita Sources chaudes de Sai Ngam dans la province de Mae Hong Son, Thaïlande

Les sources chaudes sont appréciées par les humains depuis des milliers d’années. ^[44] Même les macaques , qui sont des primates non humains, sont connus pour avoir étendu leur aire de répartition nord au Japon en utilisant des sources chaudes pour se protéger du stress dû au froid. ^[45] Les bains de sources chaudes ( onsen ) sont utilisés au Japon depuis au moins deux mille ans, traditionnellement pour la propreté et la relaxation, mais de plus en plus pour leur valeur thérapeutique. ^[46] À l’ ère homérique de la Grèce (vers 1000 avant notre ère), les bains étaient principalement destinés à l’hygiène, mais à l’époque d’ Hippocrate(vers 460 avant notre ère), les sources chaudes étaient créditées d’un pouvoir de guérison. La popularité des sources chaudes a fluctué au fil des siècles depuis, mais elles sont maintenant populaires dans le monde entier. ^[47]

Utilisations thérapeutiques

En raison à la fois du folklore et de la valeur médicale revendiquée attribuée à certaines sources chaudes, elles sont souvent des destinations touristiques populaires et des lieux de cliniques de réadaptation pour les personnes handicapées . ^{[48] ​​[49] [28]} Cependant, la base scientifique du bain thérapeutique dans les sources chaudes est incertaine. La thérapie par bain chaud pour l’empoisonnement au plomb était courante et aurait été très efficace aux 18e et 19e siècles, et peut avoir été due à la diurèse(augmentation de la production d’urine) en s’asseyant dans de l’eau chaude, ce qui a augmenté l’excrétion de plomb; une meilleure alimentation et un isolement des sources de plomb ; et augmentation de l’apport en calcium et en fer. Des améliorations significatives chez les patients souffrant de polyarthrite rhumatoïde et de spondylarthrite ankylosante ont été rapportées dans les études sur la cure thermale, mais celles-ci souffrent de problèmes méthodologiques, tels que l’impraticabilité évidente des études contrôlées par placebo (dans lesquelles un patient ne sait pas s’il reçoit la thérapie). En conséquence, l’efficacité thérapeutique de la thérapie par les sources chaudes reste incertaine. ^[47]

Précautions

Les sources chaudes dans les zones volcaniques sont souvent au point d’ébullition ou près de celui-ci . Des personnes ont été gravement brûlées et même tuées en pénétrant accidentellement ou intentionnellement dans ces sources. ^{[50] [51] [52]}

Certains microbiotes de sources chaudes sont infectieux pour l’homme :

• Naegleria fowleri , une amibe excavée , vit dans les eaux chaudes non salées du monde entier et provoque une méningite mortelle si les organismes pénètrent dans le nez. ^{[53] [54] [55]}
• Acanthamoeba peut également se propager par les sources chaudes, selon les Centers for Disease Control des États-Unis – Les organismes pénètrent par les yeux ou par une plaie ouverte. ^[56]
• Les bactéries Legionella se sont propagées dans les sources chaudes. ^{[57] [58]}
• Selon une étude de cas , Neisseria gonorrhoeae aurait très probablement été acquise lors d’un bain dans une source chaude, la température proche du corps, les eaux légèrement acides, isotoniques et contenant des matières organiques facilitant la survie de l’agent pathogène. ^[59]

Étiquette

Les us et coutumes observés diffèrent selon les sources chaudes. Il est de pratique courante que les baigneurs se lavent avant d’entrer dans l’eau afin de ne pas contaminer l’eau (avec/sans savon). ^[60] Dans de nombreux pays, comme le Japon, il est obligatoire d’entrer dans la source chaude sans vêtements, y compris en maillot de bain. Il existe souvent des installations ou des horaires différents pour les hommes et les femmes, mais il existe des onsen mixtes . ^[61] Dans certains pays, s’il s’agit d’une source thermale publique, le maillot de bain est obligatoire. ^{[62] [63]}

Exemples

Répartition des sources géothermiques aux États-Unis

Il existe des sources chaudes dans de nombreux endroits et sur tous les continents du monde. Les pays réputés pour leurs sources chaudes sont la Chine , le Costa Rica , l’Islande , l’ Iran , le Japon , la Nouvelle-Zélande , le Brésil , le Pérou , Taïwan , la Turquie et les États-Unis , mais il existe également des sources chaudes dans de nombreux autres endroits :

• Largement renommées depuis qu’un rapport d’un professeur de chimie en 1918 les a classées comme l’une des eaux minérales les plus électrolytiques au monde, les sources chaudes de Rio Hondo , dans le nord de l’ Argentine , sont devenues parmi les plus visitées au monde. ^[64] La station thermale de Cacheuta est des autres ressorts chauds célèbres en Argentine.
• Les sources d’Europe avec les températures les plus élevées sont situées en France, dans un petit village nommé Chaudes-Aigues . ^{[ citation nécessaire ]} Situées au cœur de la région volcanique française Auvergne , les trente sources chaudes naturelles de Chaudes-Aigues ont des températures allant de 45 °C (113 °F) à plus de 80 °C (176 °F). La plus chaude, la “Source du Par”, a une température de 82 °C (180 °F). Les eaux chaudes qui coulent sous le village assurent le chauffage des maisons et de l’église depuis le 14ème siècle. Chaudes-Aigues (Cantal, France) est une ville thermale connue depuis l’Empire romain pour le traitement des rhumatismes.
• Les aquifères carbonatés dans les cadres tectoniques de l’avant-pays peuvent abriter d’importantes sources thermales, bien qu’ils soient situés dans des zones généralement non caractérisées par des valeurs régionales élevées de flux de chaleur. Dans ces cas, lorsque les sources thermales sont situées à proximité ou le long des côtes, les sources thermales subaériennes et/ou sous-marines constituent l’écoulement des eaux souterraines marines, s’écoulant à travers des fractures localisées et des volumes rocheux karstiques. C’est le cas des sources se produisant le long de la partie la plus au sud-est de la région des Pouilles (sud de l’Italie) où peu d’eaux sulfureuses et chaudes (22–33 °C (72–91 °F)) s’écoulent dans des grottes partiellement submergées situées le long de l’Adriatique. côte, alimentant ainsi les thermes historiques de Santa Cesarea Terme.^[65]
• L’un des réservoirs potentiels d’énergie géothermique en Inde est les sources thermales de Tattapani du Madhya Pradesh. ^{[66] [67]}
• On pense que les gisements riches en Silice trouvés à Nili Patera , la caldeira volcanique de Syrtis Major , sur Mars , sont les vestiges d’un système de sources chaudes éteint. ^[68]

Voir également

Wikimedia Commons a des médias liés aux sources chaudes .

Wikivoyage a un guide de voyage pour Hot springs .

• Point chaud (géologie)
• Évents hydrothermaux
• Les premières formes de vie connues
• Liste des villes thermales
• Source minérale
• Vallée des Geysers

Références

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Lectures complémentaires

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• Marjorie Gersh-Young (2008). Sources chaudes et piscines chaudes du nord-ouest . Accès Aqua Thermal. ISBN 978-1-890880-08-8.
• G.J Woodsworth (1999). Sources thermales de l’Ouest canadien : un guide complet . Vancouver-Ouest : Gordon Soules. ISBN 978-0-919574-03-8.
• Clay Thompson (2003). “Tonopah : c’est de l’eau sous le buisson”. République d’Arizona . p. B12.

Liens externes

Wikivoyage a un guide de voyage pour Hot springs .

• Liste des sources thermales pour les États-Unis – 1 661 sources chaudes
• “Ressources géothermiques du grand bassin artésien, Australie” (PDF) . Bulletin GHC . 23 (2). Juin 2002. Archivé de l’original (PDF) le 2014-08-22 . Récupéré le 02/11/2006 .
• Un article scientifique avec une carte de plus de 20 zones géothermiques en Ouganda
• Liste de 100 sources thermales et piscines chaudes en Nouvelle-Zélande
• Liste des sources chaudes dans le monde