Annale corrigée Partie 2 Ancien programme

Critères de potabilité pour l'eau d'une source

Corpus Corpus 1
Critères de potabilité pour l'eau d'une source

Nourrir l'humanité

sci1_1406_05_00C

Physique-chimie

17

Asie • Juin 2014

Nourrir l'humanité • 6 points

M. X décide de partir vivre à la campagne. Sa maison, isolée, ne dispose pas d'eau de la ville mais d'une source qui peut lui permettre d'alimenter sa maison. Il fait donc procéder à diverses analyses de l'eau de sa source.

 Document 1 Schéma du complexe argilo-humique

 Document 2 Critères de potabilité et analyse de l'eau du puits

Paramètres physico-chimiques

Valeur limite (en mg/L)

Décret n&deg 89-3 du 03/01/89

Eau du puits
 de M. X 
 (en mg/L)

Ion nitrate


50


Ion calcium Ca2+

50

350

Ion magnésium Mg2+

150

200

Ion sulfate


250

150

Ion sodium Na+

150

150

Il est possible de déterminer la masse d'ions nitrate présents dans un échantillon d'eau en réalisant un dosage.

La courbe d'étalonnage ci-dessous fait le lien entre le volume de solution de réactif versé pour le dosage et la concentration massique en ions nitrate.


 Document 3 Principe de fonctionnement de la résine échangeuse d'ions équipant un adoucisseur d'eau

>1. La source est proche d'un champ sur lequel un agriculteur répand régulièrement de l'engrais à base de nitrate. Pourquoi M. X est-il inquiet pour la qualité de l'eau de sa source ?

>2. Vous êtes stagiaire dans l'entreprise qui réalise l'analyse de l'eau du puits de M. X. Déterminez la concentration massique en ions nitrate de l'eau analysée à l'aide du document 2, sachant qu'il a versé 10 mL de réactif lors du dosage de l'eau du puits.

>3. En rendant les résultats d'analyse à M. X, le technicien lui conseille d'utiliser un adoucisseur d'eau s'il veut se servir de l'eau de sa source, mais lui précise qu'il ne pourra pas la boire. Argumentez le conseil du technicien.

Les clés du sujet

Interpréter les questions

  • Dans la première question, il vous est demandé de vous pencher sur les raisons de l'inquiétude de M. X à propos de la qualité de l'eau de sa source à la campagne.
  • La question 2 porte sur la détermination de la concentration massique des ions nitrate dans l'eau de source de M. X, à partir d'une courbe d'étalonnage.
  • Dans la question 3, vous devez argumenter le conseil du technicien qui préconise l'utilisation d'un filtre à M. X mais qui ne rendra pas l'eau de sa source potable. C'est un questionnement ouvert.

Comprendre les documents

  • Le document 1 représente le schéma d'un complexe argilo-humique CAH avec les ions qui le constituent.
  • Le document 2 donne les critères de potabilité et les concentrations massiques de certains ions de l'eau du puits de M. X. Une courbe d'étalonnage est également représentée, et donne le volume versé d'un réactif de dosage en fonction de la concentration massique des ions nitrate de la source de M. X. Cette courbe permet de déterminer la concentration de son eau en ions nitrate.
  • Le document 3 indique le principe de fonctionnement d'un filtre à résine échangeuse d'ions. On constate sur le schéma de fonctionnement que les ions calcium et magnésium sont adsorbés par les billes de résine, et remplacent ainsi les ions sodium qu'elles retenaient. Ces résines échangent les ions sans les absorber.

Organiser les réponses

  • Répondez à la première question en utilisant le document 1 et en expliquant le phénomène de lessivage des ions présents dans l'engrais utilisé dans le champ près de la source d'eau de M. X. Cette question fait appel à vos connaissances de cours.
  • Pour répondre à la deuxième question, il suffit de lire la courbe d'étalonnage. Cette question demande très peu de rédaction.
  • La réponse à la question 3 est une argumentation et demande plus de rédaction. Utilisez les documents 2 et 3 ainsi que vos connaissances pour expliquer le problème que le filtre ne peut pas résoudre totalement et l'inconvénient de son aspect « échangeur ».
Corrigé

>1. Les engrais à base de nitrate utilisés près de la source de M. X libèrent dans le sol des ions nitrate.

Ces ions négatifs se fixent sur le CAH, qui contient des ions positifs à sa surface, car les ions positifs et négatifs s'attirent. Le CAH fixe donc les nitrates qui permettent de nourrir les plantes.

Les ions nitrate, non absorbés par les plantes, sont néanmoins faiblement fixés sur la structure du CAH et lorsque les eaux des pluies pénètrent le sol, ils se libèrent de l'attraction du CAH et sont ainsi « lessivés ». Ces ions se trouvent dans les nappes phréatiques et polluent l'eau du puits de M. X. C'est la raison pour laquelle il s'inquiète pour la qualité de l'eau de sa source.

>2. On repère V = 10 mL sur l'axe des ordonnées et la valeur de C correspondante, à l'aide de la courbe. On obtient : C ≈ 35 mg/L.


La concentration massique en ions nitrate de la source de M. X est d'environ 35 mg/L.

>3. Vous pouvez, pour argumenter les propos du technicien, imaginer le discours qu'il aurait tenu à M. X :

« Monsieur, l'eau de votre puits ne contient pas beaucoup de nitrates et de sulfates. En effet, leurs concentrations massiques sont inférieures aux valeurs limites données par la fiche de critères de potabilité que voici (document 2). Par contre, ce même document vous montre que les concentrations massiques des ions calcium et magnésium de votre eau dépassent les valeurs limites de potabilité. Vous devez donc utiliser un filtre à résine échangeuse d'ions. Les billes de résine de ce filtre retiennent les ions calcium et magnésium de votre eau en les échangeant avec les ions sodium qu'elles contenaient au départ. Ceci diminuera considérablement la teneur de l'eau de votre source en calcium et en magnésium.

Néanmoins, la concentration massique des ions calcium de votre source est extrêmement élevée, ce qui ne garantit pas à 100 % l'efficacité du filtre. Il est probable que la concentration de l'eau en ions calcium resteencore au-­dessus de la valeur limite après la filtration. D'autre part, ce filtre libère des ions sodium, or la concentration massique en ions sodium de votre eau atteint la valeur limite donnée par le document 2. Il ne fautdonc pas ajouter d'autres ions sodium à votre eau, ce qui est malheureusement le cas avec ce filtre.

Je vous déconseillerais donc de boire l'eau de votre source, même si vous la filtrez. Il sera plus prudent de boire de l'eau minérale en bouteille. »

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