Dureté et potabilité de l’eau

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Annales corrigées
Classe(s) : 1re ES - 1re L | Thème(s) : Nourrir l'humanité : synthèse
Type : Partie 2 | Année : 2016 | Académie : Pondichéry

 

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Pondichéry • Avril 2016

Nourrir l’humanité • 6 points

Dureté et potabilité de l’eau

Document 1 Critères de potabilité et de dureté de l’eau

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Normes européennes de l’eau potable

Ions

Concentration maximale (mg.L–1)

Chlorure

200

Fluorure

1,5

Nitrate

50

Sulfate

250

Sodium

200

D’après la directive 98/83/CE.

Document 2 Détermination expérimentale de la dureté de l’eau par la méthode du savon

Les ions calcium et magnésium, responsables de la dureté de l’eau, sont précipités par le savon en milieu de pH neutre. Dès précipitation totale, l’eau savonneuse mousse par agitation.

Mode opératoire

Dans le tube à essais contenant l’échantillon d’eau à analyser, verser goutte à goutte la liqueur de savon hydrotimétrique en agitant énergiquement après chaque ajout. Observer.

Cesser les ajouts dès qu’une mousse stable persistant au moins 5 minutes et se reformant après une nouvelle agitation est obtenue.

Le titre hydrotimétrique TH exprimé en degrés français (°f) est égal au nombre total de gouttes de liqueur versées.

Document 3 Principe de l’adoucissement de l’eau

L’adoucissement est la technique utilisée pour abaisser le titre hydrotimétrique (TH) de l’eau, dont la valeur traduit la concentration en ions calcium Ca2+ et en ions magnésium Mg2+.

L’adoucisseur est un appareil qui utilise une résine polystyrène échangeuse d’ions et dont le principe consiste à remplacer les ions calcium et magnésium de l’eau par des ions sodium Na+ fournis par la résine.

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Monsieur et madame X ont l’intention de renouveler leur installation de chauffage central. L’installateur leur recommande également la mise en place d’un adoucisseur d’eau car la nouvelle chaudière et le ballon d’eau chaude ne devront utiliser que de l’eau douce.

▶ 1. Une détermination de dureté est réalisée. L’eau testée mousse après addition de vingt-six gouttes de liqueur de savon hydrotimétrique. Déduisez-en si la recommandation de l’installateur est justifiée ou non.

▶ 2. Expliquez les risques encourus si monsieur et madame X ne suivent pas le conseil de l’installateur.

▶ 3. L’eau arrivant chez monsieur et madame X a une teneur en sodium de 9,4 mg.L–1 et sera adoucie de 11 °f. Sachant que 1 °f d’adoucissement entraîne une augmentation de concentration en ions sodium de 4,6 mg.L–1, montrez que l’eau obtenue après adoucissement reste potable.

Les clés du sujet

Interpréter les questions

Dans la question 1, vous devez mener un raisonnement pour confirmer ou infirmer une proposition en fonction des résultats du test.

Dans la question 3, il faut démontrer que l’eau du robinet reste potable après un adoucissement qui cause néanmoins un changement de teneur en sodium de cette eau.

Comprendre les documents

Le document 1 vous informe sur les normes de potabilité de l’eau que nous buvons. Un tableau donne les concentrations en certains ions, notamment le sodium, et une échelle indique le titre hydrotimétrique (ou TH) en °f de l’eau. Les valeurs du TH indiquent si une eau est dure ou douce.

Le document 2 donne un mode opératoire pour déterminer la dureté d’une eau. Ce document explique la façon dont on détermine les valeurs du TH apparaissant dans l’échelle du document 1.

Le document 3 explique le fonctionnement d’un adoucisseur d’eau qui contient une résine échangeuse d’ions. Cette résine remplace les deux ions responsables de la dureté de l’eau par un autre ion.

Organiser les réponses

 1. Vous devez fonder votre raisonnement sur les résultats du test réalisé sur l’eau du robinet de monsieur et madame X. Ce test indique si cette eau est dure ou non.

 2. Faites appel à vos connaissances : il faut vous rappeler les méfaits d’une eau dure.

 3. Pour montrer la potabilité de l’eau, déterminez d’abord la concentration en ions sodium de l’eau du robinet après l’adoucissement. Utilisez les données de l’exercice et pensez à gérer votre temps.

Corrigé

Corrigé

▶ 1. Le test de détermination du TH de l’eau de monsieur et madame X indique que cette eau est dure : sa teneur en ions calcium et magnésium est élevée. En effet, le test montre que le TH de l’eau de leur domicile est de 26 °f, ce qui la situe dans la zone de l’échelle du document 1 où l’eau peut être considérée comme dure. La recommandation de l’installateur du chauffage central est donc justifiée car la nouvelle installation nécessite l’utilisation d’une eau douce (TH < 15 °f).

2. Si un adoucisseur d’eau n’est pas installé chez monsieur et madame X, leur système de chauffage central fonctionnera pendant un certain temps mais, peu à peu, les tuyaux, le ballon d’eau chaude et les parties du système de chauffage plongées dans l’eau se couvriront de calcaire ou de tartre. Cet entartrage abîmera le système de chauffage qui tombera alors en panne.

▶ 3. L’adoucissement de l’eau consiste à utiliser une résine qui échange les ions calcium et magnésium par les ions sodium, après le passage de l’eau à travers cette résine. Un adoucissement de 11 °f entraînera une augmentation de concentration en ions sodium de :

11 × 4,6 = 50,6 mg/L, ce qui n’est pas une valeur négligeable.

La concentration totale en ions sodium de l’eau de monsieur et madame X sera donc :

50,6 + 4,6 = 55,2 mg/L.

Néanmoins, cette valeur reste en dessous de celle des normes européennes de l’eau potable qui est de 200 mg/L pour le sodium. L’eau obtenue après l’adoucissement restera donc encore potable.