ANNALES des sujets – NOURRIR L’HUMANITE PARTIE 2 (6 points) Physique Chimie

Emirats Arabes Unis 2016

La phyto-épuration, un système naturel et efficace

Si en ville la question de collecte et de traitement des eaux usées ne pose en général pas de problème (les habitations des zones urbaines étant reliées au réseau tout-à-l’égout et les eaux usées traitées dans des stations d’épuration), ce n’est pas forcément le cas en zone rurale. Parce qu’elle est facile à installer, naturelle et inodore, la phyto-épuration peut être particulièrement adaptée à la campagne.

D’après http://www.consoglobe.com

Document 1 : « La phyto-épuration : comment ça marche ? » Dans les systèmes de phyto-épuration, les eaux usées sont dirigées vers des filtres plantés d’espèces végétales soigneusement sélectionnées. On utilise souvent des plantes persistantes émergentes telles que les bambous, roseaux, massettes. La phyto-épuration utilise les bactéries naturellement présentes dans le sol pour épurer l’eau. Certaines d’entre elles, en présence de dioxygène, sont capables de consommer les matières organiques présentes dans les eaux usées pour les transformer en matière minérale assimilable par les plantes, sans dégager de mauvaises odeurs. L’eau devient alors claire. Ce sont les plantes aquatiques qui fournissent, au niveau de leurs racines, le dioxygène indispensable à la survie des bactéries. Par ailleurs, elles sont capables d’absorber en grandes quantités les ions nitrate ou phosphate. Ces filtres plantés reproduisent donc un écosystème épuratoire naturel.

D’après http://www.consoglobe.com

Schéma d’un système de phyto-épuration

D’après http://www.consoglobe.com

Document 2 : Quelques ions du sol Document 2a : Schéma des interactions entre le complexe argilo-humique et les ions du sol

Document 2b : Nom et formule de quelques ions

Nom Formule Nom Formule

ammonium NH4+ hydronium H+

magnésium Mg2+ sodium Na+

potassium K+ nitrate NO3–

calcium Ca2+ phosphate PO43-

Document 3 : Normes européennes de quelques paramètres chimiques – concernant le rejet pour les eaux résiduaires

Paramètre Concentration maximale admissible en mg.L-1

Azote total 15

Phosphore total 2

Total des matières solides en suspension 35

– concernant les eaux destinées à la consommation humaine

Paramètre Concentration maximale admissible en mg.L-1

Nitrate 50

Nitrite 0,50

Sulfate 250

Sodium 200

D’après http://www.ineris.fr

QUESTIONS : Question 1 : Justifiez l’intérêt de choisir des plantes capables d’absorber les ions nitrate et phosphate. Question 2 : On se propose de tester l’efficacité d’un système de phyto-épuration de ce type, en réalisant un dosage de l’azote total de la matière organique contenue dans les eaux épurées à la sortie du dernier bassin. Pour cela, l’échantillon d’eau épurée est minéralisé pour que l’élément azote se retrouve sous forme d’ammoniac puis la solution obtenue est dosée par la méthode dite de « dosage par comparaison ». Protocole expérimental : – On prélève un volume Veau = 20,0 mL de solution témoin contenant de l’azote dont la concentration massique C0 est de 30 mg.L-1 puis on effectue un dosage colorimétrique avec une solution d’acide chlorhydrique. On observe un changement de couleur pour un volume d’acide versé V1 = 18,2 mL. – On prélève ensuite un échantillon d’eau épurée de même volume Veau = 20,0 mL à la sortie du dernier bassin et on effectue le dosage colorimétrique de la même façon que pour la solution témoin.

Pour observer le même changement de couleur, il a fallu verser cette fois un volume V2 = 7,1 mL d’acide. On précise que la concentration massique en azote est proportionnelle au volume d’acide versé pour un volume d’eau prélevé identique. Le système de phyto-épuration utilisé permet-il d’atteindre un résultat conforme aux normes européennes concernant le rejet d’azote dans l’environnement ?

Question 3 : À votre avis, une eau ainsi traitée et épurée peut-elle être considérée comme potable ? Justifiez.

Liban 2016

Traitement de l’eau L’eau du robinet, destinée à la consommation humaine, fait l’objet de contrôles permanents. Ils permettent de garantir une consommation sûre : l’eau distribuée en France est de bonne qualité, conformément aux niveaux définis par l’Union Européenne fondés sur les évaluations menées par l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS).

D’après http://www.sante.gouv.fr Document 1 : différentes étapes du traitement de l’eau Une fois prélevée dans la nature, l’eau va subir plusieurs types de traitements afin de la rendre propre à la consommation.

Etape Résumé

1 Dégrillage et tamisage : l’eau passe à travers une simple grille, afin d’arrêter les déchets présents dans l’eau.

2 Floculation : un coagulant est ajouté à l’eau pour rassembler en flocons les déchets encore présents dans l’eau. Ces flocons, plus denses que l’eau, se déposent au fond.

3 L’eau traverse successivement un filtre, constitué d’un lit de sable fin, pour éliminer des particules encore visibles à l’oeil nu puis un filtre à charbon actif pour éliminer des micros polluants.

4 Ozonation : désinfection et amélioration de la couleur et de la saveur de l’eau.

5 Chloration : maintien de la qualité de l’eau au cours de sa distribution.

D’après Véolia

Document 2 : critères de qualité d’une eau de consommation Pour être consommée, l’eau doit répondre à des critères de qualité très stricts. Ils portent sur : – la qualité microbiologique : l’eau ne doit contenir ni parasite, ni virus, ni bactérie pathogène ; – la qualité chimique : l’eau ne doit pas contenir de substances chimiques en grande quantité : les concentrations sont règlementées ; – la qualité physique et gustative (les paramètres organoleptiques) : l’eau doit être limpide, claire, aérée et ne doit présenter ni saveur ni odeur désagréable. Critères de potabilité, extrait du décret européen du 6 février 2007

Paramètres physico-chimiques Valeur limite (en mg/L)

Chlorure Cl– 250

Magnésium Mg2+ 50

Sodium Na+ 200

Document 3 : détermination de la concentration en ions chlorure d’une eau du robinet Pour déterminer la concentration en ions chlorure d’un échantillon d’eau du robinet, un chimiste utilise une méthode dite « par comparaison ». La manipulation se fait en deux étapes : 1. Il verse tout d’abord goutte à goutte, une solution de nitrate d’argent dans 10 mL de solution de chlorure de potassium de concentration connue en ions chlorure C1 égale à 150 mg/L contenant quelques gouttes de chromate de potassium. Il cesse de verser la solution de nitrate d’argent à l’apparition d’un précipité rouge. 2. Il effectue ensuite la même manipulation en remplaçant la solution de chlorure de potassium par 10 mL d’eau du robinet dont on veut déterminer la concentration en ions chlorure. Lors de cette expérience il y a proportionnalité entre le volume de solution de nitrate d’argent versé jusqu’à apparition du précipité rouge et la concentration en ions chlorure dans les 10 mL de l’échantillon testé. Les résultats obtenus sont les suivants :

Pour 10 mL de solution de chlorure de potassium

Pour 10 mL d’eau du robinet

Volume de solution de nitrate d’argent versé pour obtenir l’apparition d’un précipité rouge

10 mL 20 mL

QUESTIONS : Question 1 : Indiquer comment on qualifie une eau que l’on peut consommer. Question 2 : À partir du document 1, relatif aux traitements de l’eau, répondre aux questions 2a et 2b sur l’annexe 1. Question 3 : Indiquer la raison de l’introduction de chlore lors du traitement de l’eau prélevée dans la nature. Question 4 : a- Nommer l’instrument de verrerie avec lequel on verse goutte à goutte la solution de nitrate d’argent lors des manipulations décrites dans le document 3. b- Déduire de l’expérience décrite dans le document 3, la concentration en ions chlorure de l’eau du robinet. Expliquer la démarche. c- Préciser si l’eau du robinet testée est propre à la consommation. Justifier la réponse.

ANNEXE 1 À RENDRE AVEC LA COPIE

PARTIE 2 : « NOURRIR L’HUMANITÉ » Question 2 : traitements de l’eau a- Donner le nom du traitement mécanique des étapes 1 et 3 : Cocher uniquement la réponse exacte □ macération □ décantation □ filtration □ distillation b- Donner le nom du traitement mécanique de l’étape 2 : Cocher uniquement la réponse exacte □ macération □ décantation □ filtration □ distillation

Pondichery 2016

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

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, sont précipités par le savon en milieu de pH neutre. Dès précipitation totale, l’eau savonneuse mousse par agitation. MODE OPERATOIRE : 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.

Source : d’après http://www.ars.alsace.sante.fr

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

Nouvelle Calédonie rattrapage 2015

La ville de Mulhouse (environ 111 000 habitants) a la réputation de fournir à ses consommateurs, une eau de très bonne qualité et sans traitement. En effet le site de captage se trouve dans la nappe phréatique de la rivière Doller qui prend sa source) 933m d’altitude dans le massif des Vosges. Document 1 : L’eau de Mulhouse se met en bouteille « Nous avons voulu faire déclarer notre eau, eau de source, pour démontrer sa qualité aux habitant, pour leur prouver qu’on peut la boire sans risque. La mise en bouteille et la gazéification constituent une opération promotionnelle ponctuelle […]. L’absence de traitement de l’eau potable mulhousienne, cas extrêmement rare en France, rendait possible son appellation […]. Depuis trois ans, Mulhouse ne puise son eau de ville que la nappe phréatique de la rivière Doller […]. Ce cours d’eau est épargné par les pollutions d’origine agricole ou industrielle ». « Nous préservons cette qualité par des acquisitions foncières* qui permettent par exemple de remettre en herbe des terrains où l’on cultivait du maïs et du blé ».

Source : d’après les propos du directeur des services des eaux de Mulhouse (17 septembre 2005).

http://lci.tf1.fr Document 2 : le circuit de l’eau de Mulhouse

Source : d’après l’Echo mulhousien N°290 mai 2007

Document 3 : analyses chimiques de l’eau du robinet (année 2012) et normes de potabilité

ions nitrates ions sodium ions fluorure ions chlorure

Eau de Mulhouse 9,2 mg/L 8,7 mg/L inférieur à 0,1 mg/L inférieur à 250 mg/L

Normes de potabilité inférieure à 50 mg/L inférieur à 200 mg/L inférieur à 1,5 mg/L inférieur à 250 mg/L

Dureté pH Pesticides Bactéries

Eau de Mulhouse 10°F (eau douce)

6,9 Non détectés Non détectés

Normes de potabilité Maximale 30°F Entre 6,5 et 9 inférieure à 0,1 µg/L Absence exigée

Source : d’après http://www.ars.alsace.sante.fr

Document 4 : dosage des ions chlorure présents dans l’eau de Mulhouse Lors d’une séance de travaux pratiques, un élève souhaite vérifier la concentration massique en ions chlorure Cl– de l’eau de Mulhouse. En cours de chimie, il a appris que :

en versant progressivement une solution acqueuse contenant des ions argent Ag+ dans une solution acqueuse contenant des ions chlorures Cl–, il se forme un précipité blanc, le chlorure d’argent.

les ions argent produisent avec le chromate de potassium un précipité rouge, qui permet de repérer la fin du dosage.

Il réalise les deux dosages :

1 : Solution filtrante ; 2 : Barreau aimanté ; 3 : Agitateur magnétique

Source : d’après http://clemspcreims.free.fr/Technique-chimie.htm

QUESTIONS : Question 1 : Habituellement, lors d’une purification de l’eau potable dans les grandes villes, les étapes suivantes se succèdent : tamisage, floculation, décantation, filtration sur lit de sable, oxydation par l’ozone, filtration sur charbon actif, traitement par le dichlore. 1.1. Citer deux étapes, parmi celles énoncées ci-dessus, permettant de retirer les impuretés solides de l’eau. 1.2. Citer deux étapes, parmi celles énoncées ci-dessus, permettant de désinfecter l’eau. 1.3. Expliquer comment les impuretés solides et les bactéries sont éliminées dans l’eau de Mulhouse. Question 2 : 2.1. Indiquer si l’eau de Mulhouse est potable. Justifier brièvement la réponse. 2.2. Dureté de l’eau 2.2.1. Citer les ions responsables de la dureté d’une eau. 2.2.2. Citer un inconvénient lié à la dureté de l’eau. 2.2.3. indiquer si l’eau de Mulhouse est concernée par cet inconvénient. Justifier. 2.3. A l’aide du document 4 et de l’analyse des volumes V1 et V2, déterminer la concentration massique en ions chlorure de l’eau de Mulhouse. Question 3 : D’après le document 1, « ce cours d’eau est épargné par les pollutions d’origine agricole ». 3.1. Donner la stratégie du service des eaux pour qu’il en soit ainsi. 3.2. Vérifier si les analyses chimiques du document 3 le confirment.

Liban 2015

La chair fondante de l'avocat se cuisine en une savoureuse palette de recettes faciles et rapides à préparer comme le fameux guacamole mexicain, purée d'avocat relevée au piment. Or, quand on coupe un avocat, on provoque des lésions cellulaires libérant des enzymes qui accélèrent la dégradation de la couleur (brunissement) et du goût de la chair.

Document 1 : expériences On cherche à savoir quels facteurs influent sur le brunissement des aliments. Pour cela, on réalise une série d’expériences d’une durée de 24 heures avec des tranches de pomme, des rondelles de citron*, des lentilles sèches, des morceaux de beurre frais et des tranches d’avocat. *le citron est un fruit contenant de l’acide ascorbique (appelé aussi vitamine C) Les conditions expérimentales sont les suivantes : A : aliments laissés à l’air libre et à température ambiante B : aliments enveloppés dans du papier d’aluminium et à température ambiante C : aliments enveloppés dans du papier film transparent et à température ambiante D : aliments laissés à l’air libre, dans l’obscurité et à température ambiante Les rondelles de citron et les lentilles sèches n’ont subi aucune dégradation. Les résultats des autres expériences sont regroupés dans le tableau ci-dessous.

aliments

tranches de pomme morceaux de beurre frais tranches d’avocat

conditions expérimentales A brunissement saveur altérée

rancissement brunissement saveur altérée

B pas de dégradation pas de dégradation léger brunissement saveur peu altérée

C peu de brunissement saveur altérée

peu de rancissement peu de brunissement saveur altérée

D peu de brunissement saveur altérée

peu de rancissement peu de brunissement saveur altérée

Document 2 : étiquette d’une spécialité à base d’avocat frais Ingrédients : avocat 92%, oignon frais, poivron frais, sel, oignon déshydraté, coriandre, acide ascorbique (E300), épaississant : alginate de sodium, acidifiant : acide citrique, piment jalapeno, ail. Conservation : doit être conservé entre 0 °C et + 4 °C. Après utilisation refermez le pot à l’aide du couvercle, conservez au réfrigérateur et consommez dans les 24 h. Conditionné sous atmosphère protectrice.

QUESTIONS : Question 1 : Le brunissement des fruits est dû à une transformation. a- Nommer la transformation responsable du brunissement des fruits. Préciser s’il s’agit d’une transformation physique ou chimique. b- Indiquer le nom et la formule de la principale molécule responsable de cette transformation. Question 2 : Exploitation du document 1. a- Donner les raisons pour lesquelles les rondelles de citron d’une part et les lentilles d’autre part ne changent pas d’aspect. b- Parmi les expériences A, B, C et D, nommer celles qu’il faut comparer pour mettre en évidence l’effet du facteur « lumière » sur le changement d’aspect des aliments. c- Trouver un facteur (autre que ceux auxquels se réfèrent les questions précédentes) qui intervient dans le brunissement des aliments et proposer une expérience pour le mettre en évidence. Question 3 : Inventorier, à partir du document 2, trois méthodes utilisées pour augmenter la durée de conservation. Question 4 : À l’aide des réponses aux questions précédentes, proposer un protocole permettant de préparer une purée d’avocat à la maison (cette préparation devra se conserver de manière optimale le plus longtemps possible).

Martinique septembre 2014

Le sol est un système complexe formé de très nombreux composants minéraux et organiques avec plus précisément : une fraction solide minérale composée de fragments plus ou moins gros de roche issus du sous-sol, une fraction solide organique avec des organismes vivants et de l’humus en cours de minéralisation, une fraction liquide ou solution du sol, une fraction gazeuse. Parmi les différents éléments minéraux en présence, les argiles s’associent à l’humus pour former le complexe argilo-humique, CAH. Il existe des interactions ioniques entre ces différents éléments : le CAH sert de réservoir à minéraux à la solution du sol et grâce à leurs racines, les plantes prélèvent l’eau et les minéraux indispensables à leur croissance : azote, phosphore, potassium, soufre, calcium et micronutriments… Document 1 : expérience autour du complexe argilo-humique Protocole : Dans un bécher, on place une masse, m = 50 g, de terre. On y ajoute un volume, V = 50 mL, d’une solution aqueuse de chlorure de cuivre (Cu2+ + 2 Cl–). On agite, on filtre et on recueille le filtrat. Dans deux tubes à essai, A et B, on introduit : – tube A : 2 mL de filtrat et quelques gouttes d’une solution de nitrate d’argent. – tube B : 2 mL de filtrat et quelques gouttes d’une solution d’hydroxyde de sodium.

Résultats :

Tests de reconnaissance :

Ion testé Nom du réactif Résultat observé si l’ion est présent

Ion chlorure Cl– Nitrate d’argent Précipité blanc qui noircit à la lumière

Ion cuivre Cu2+ Hydroxyde de sodium Précipité bleu

Document 2 : schéma expliquant le devenir des ions nitrate apportés dans le sol par ajout d’engrais

QUESTIONS : Question 1 : Présenter le raisonnement qui, à partir de l’expérience décrite dans le document 1, permet de déterminer la charge électrique globale du complexe argilo-humique. Question 2 : En utilisant les résultats de l’expérience décrite dans le document 1 et le schéma du document 2, expliquer le phénomène de lessivage des ions nitrates, NO–

3, par les eaux de pluie.

Document 3 : particularité des plantes appartenant la famille des légumineuses La culture des plantes communément connues sous le nom de légumineuses, comme la lentille par exemple, ne nécessite pas de fertilisation azotée car ces plantes, grâce à une particularité de leur système racinaire, assimilent l’azote présent dans l’air, nécessaire à leur croissance. Un apport en fertilisants phosphatés (contenant l’élément phosphore P) ou potassiques (contenant l’élément potassium K) est conseillé seulement si une analyse de sol préalablement réalisée met en évidence un sol pauvre en potasse ou phosphate.

Document 4 : évaluation de la nature d’un sol en fonction de la présence des éléments phosphore (P) et potassium (K)

Nature du sol Teneur en phosphore (kg/ha*)

Teneur en potassium (kg/ha*)

Pauvre 0 à 100 0 à 200

Moyen 100 à 200 200 à 400

Bon 200 à 300 400 à 500

Riche 300 à 400 500 à 600

Excessivement riche 400 et + 600 et +

D’après www.agrireseau.qc.ca/agriculturebiologique/ *kilogramme par hectare

Question 3 : Donner deux avantages de la culture des plantes comme les légumineuses. Question 4 : Résultats des analyses du sol pour une parcelle : – teneur en phosphore : 55 kg/ha – teneur en potassium : 607 kg/ha D’après les analyses du sol pour la parcelle, indiquer le type d’engrais à utiliser pour cette parcelle.

Asie 2014

Monsieur 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 de Monsieur X.

Paramètres physico chimiques Valeur limite (en mg/L) Décret n° 89-3 du 03/01/89

Eau du puits (en mg/L)

Ion nitrate NO3- 50

Ion calcium Ca2+ 50 350

Ion magnésium Mg2+ 150 200

Ion sulfate SO42- 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-contre fait 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.

QUESTIONS : Question 1 : La source est proche d’un champ sur lequel un agriculteur répand régulièrement de l’engrais à base de nitrate. Pourquoi Monsieur X est-il inquiet pour la qualité de l’eau de sa source ? Question 2 : Vous êtes stagiaire dans l’entreprise qui réalise l’analyse de l’eau du puits de Monsieur 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. Question 3 : En rendant les résultats d’analyse à Monsieur X, le technicien lui conseille d’utiliser un adoucisseur d’eau s’il veut utiliser l’eau de sa source mais lui précise qu’il ne pourra pas la boire. Argumentez le conseil du technicien.

Amérique du nord 2014

Il s'est vendu en France, 1,5 million de carafes filtrantes en 2008 et près de 2 millions en 2012. Pourquoi un tel succès ? Document 1 : Bien que l'eau du robinet soit potable en France, un grand nombre de foyers a choisi de la filtrer avant de la consommer. Les principales raisons sont l'odeur et le goût de chlore*, la dureté de l'eau et éventuellement la présence d’ions nitrate. L'utilisation de ce type de carafes exige des précautions : il faut changer régulièrement les cartouches filtrantes et les manipuler avec des mains propres, la moindre contamination étant propice à la prolifération des microbes, surtout si l'eau est conservée à température ambiante. L'adoucissement de l'eau du robinet par le filtrage permet de retarder le dépôt de calcaire, par exemple dans les bouilloires. L'association « UFC-Que Choisir » a publié en avril 2010 les résultats de plusieurs tests pour vérifier la pertinence de ce choix. Les tests s'effectuaient sur deux « populations» de carafes filtrantes utilisées dans des conditions différentes : la première population utilisée dans un laboratoire, la seconde population utilisée au domicile de 31 familles. Dans les deux cas l’utilisation a été faite avec de l'eau du robinet. Dans le premier cas, les exigences d'utilisation attendues sont respectées et les résultats satisfaisants : le goût du chlore est éliminé, la dureté de l'eau est diminuée. Dans le second cas, les résultats sont alarmants : alors que la plupart des utilisateurs reçoivent une eau de robinet potable, l'eau filtrée, souvent conservée quelques jours, est dégradée. Cela signifie qu'elle contient un fort développement microbien.

D'après: Que choisir, avril 2010 * Le chlore dans l’eau est présent notamment sous forme d’ions hypochlorite et d’ions chlorure Document 2 : Les grandes alertes sur la dégradation de la qualité de l'eau du robinet lancées dans les années 1990 par « Que Choisir », pour les nitrates, puis pour les pesticides, ne sont plus d'actualité. Depuis, les stations de traitement se sont multipliées, les captages d'eau potable pollués par les nitrates et/ou les pesticides sont régulièrement abandonnés. Si les rivières et les nappes souterraines sont toujours très contaminées, la pollution de l'eau du robinet par les nitrates devient rare, et les dépassements de normes sur les pesticides peu fréquents.

D'après: le site internet de Que choisir ? Document 3 : tests de présence d'ions dans l'eau

Ion testé Solution test Test positif si formation d'un

Ions calcium Oxalate de sodium Précipité blanc

Ions magnésium Hydroxyde de sodium Précipité blanc

Ions chlorure Nitrate d'argent Précipité blanc

Ions sulfate Chlorure de baryum Précipité blanc

QUESTIONS : Question 1 : Le filtre de la carafe permet de diminuer fortement la dureté de l'eau en retenant certains ions. Choisir parmi les ions suivants, les deux ions responsables de la dureté d'une eau : les ions chlorure, les ions sodium, les ions magnésium, les ions aluminium, les ions calcium. Question 2 : Un utilisateur de ce type de carafe filtre son eau avant de la faire bouillir. Décrire ce qu’il observera sur la résistance chauffante de sa bouilloire lorsque le filtre ne sera plus efficace.

Question 3 : Dans la phase de traitement des eaux naturelles, on introduit du chlore. a- Indiquer la raison de l'introduction de chlore. b- Le filtre de la carafe éliminant le chlore (présent dans l'eau sous forme d'ions), indiquer la précaution à prendre pour conserver pendant un ou deux jours une eau filtrée. Question 4 : On veut tester la présence d'ions chlorure dans une eau préalablement filtrée par la carafe.

a- Recopier et légender le schéma de l'expérience ci-dessus. b- Lors de ce test, on a observé la formation d'un précipité blanc. Utiliser cette information pour évaluer l'état de fonctionnement de la cartouche filtrante. Question 5 : Expliquer pourquoi à l'heure actuelle l'achat d'une carafe filtrante n'est plus utile pour se protéger des ions nitrate.

Liban 2014

Document 1 : le chocolat-Chantilly, une mousse de chocolat Qu’est-ce qu’une mousse au chocolat ? C’est une mousse de blancs d’œuf battus en neige à laquelle on ajoute du chocolat. Ne pourrait-on pas directement introduire des bulles dans du chocolat ? Lors de la première étape, commençons par préparer une émulsion de chocolat en plaçant dans une casserole un peu d’eau, puis des morceaux de chocolat, en remuant et en chauffant l’ensemble. La matière grasse du chocolat forme une émulsion avec l’eau. Lors de la deuxième étape, il faut réaliser une mousse. Fouettons l’émulsion… en la refroidissant afin de faire cristalliser la matière grasse, ce qui stabilisera les bulles d’air dans la masse. L’opération est simple : on pose la casserole contenant l’émulsion de chocolat sur des glaçons ou dans un bac d’eau froide, et l’on fouette. Le chimiste qui fait l’expérience voit d’abord des bulles qui sont progressivement divisées, puis à partir d’un certain stade, la préparation s’éclaircit (au microscope, on observe un grand nombre de bulles dans la préparation), et il faut alors fouetter plus vigoureusement, en cherchant à introduire le plus d’air possible… et en s’arrêtant dès que le fouet laisse des traces dans la préparation chocolatée.

D'après: L’Actualité chimique - mai 2008 - n° 319 Document 2 : composition d’un chocolat noir à pâtisser Chocolat noir supérieur. Ingrédients : sucre, pâte de cacao, beurre de cacao, émulsifiant (lécithine de tournesol), extrait naturel de vanille. Traces : fruits à coque, lait. Cacao : 52 % minimum. Remarque : un émulsifiant tel que la lécithine est une molécule possédant une partie hydrophile et une partie lipophile.

Document 3 : expériences

Document 4 : Document 4a : schéma d’une molécule tensioactive

Document 4b : schéma d’une micelle dans une émulsion « eau dans matière grasse »

QUESTIONS : Question 1 : La première étape de la recette du « chocolat Chantilly » permet de réaliser une émulsion, de type « matière grasse dans eau ». a- D’après le document 2, préciser l’ingrédient qui joue le rôle de la matière grasse dans cette émulsion de chocolat. b- Justifier la nécessité de chauffer les morceaux de chocolat. Question 2 : À partir des expériences schématisées dans le document 3, décrire les observations et en déduire la condition de stabilisation d’une émulsion. Question 3 : Donner le nom de la molécule qui, avant refroidissement, permettra de stabiliser l’émulsion de chocolat.

Question 4 : À partir du document 4, a- interpréter le rôle des molécules tensioactives dans la stabilisation de l’émulsion de chocolat. b- réaliser un schéma représentant une micelle de type « matière grasse dans eau » et placer les mots de légende : matière grasse, eau, partie lipophile et partie hydrophile. Question 5 : Lors de la deuxième étape (réalisation de la mousse), « on pose la casserole contenant l’émulsion de chocolat sur des glaçons ou dans un bac d’eau froide, et l’on fouette. » Justifier la nécessité de fouetter le mélange et indiquer le rôle du refroidissement.

Amérique du nord 2012

Des eaux de différentes régions de la terre. L'eau, qualité et quantité (lundi 22 mars 2010) "Vous le savez, le 22 mars, c'est la Journée mondiale de l'eau, et ce, depuis 1993. Le thème de cette année? La qualité de l'eau, dont dépend la vie de millions de personnes dans le monde et l'équilibre des milieux naturels. L'occasion de faire le point sur cette ressource rare."

D'après le blog d'un journaliste Document 1 : composition ionique de trois eaux issues de trois régions localisées sur la carte ci-dessous (exprimée en g.L-1)

Lac Victoria (Afrique de

l'Est) Grand lac salé (ouest des

USA) Mer morte (Proche

Orient)

Na+ 0,01 67 45

Mg2+ 0,006 6 49

Ca2+ 0,01 0,407 19

Cl- 0,02 112 252

SO42- 0,002 13 0,508

D'après www.ac-grenoble.fr/spc/

Document 2 : tests de reconnaissance d'ions et résultats de certains de ces tests sur les trois eaux étudiées Tests de reconnaissance d'ions

Ion à caractériser (couleur en solution)

réactif observation

ion chlorure: Cl- (incolore)

ion argent Ag+ précipité blanc qui noircit à la lumière

ion sulfate:SO42-

(incolore) ion baryum Ba2+ précipité blanc

ion calcium: Ca2+ (incolore)

ion oxalate C2O42- précipité blanc

ion cuivre Il : Cu2+ (bleu)

ion hydroxyde HO- précipité bleu

ion fer Il : Fe2+ (vert)

ion hydroxyde HO- précipité vert

Résultats de certains tests sur les trois eaux étudiées

Eau Ion

Eau A Eau B Eau C

Chlorure Cl- + - +

Sulfate SO42- + - +

Calcium Ca2+ - . +

+ : test positif ; - : test négatif Document 3 : quelques critères physico-chimiques de potabilité d'une eau (normes européennes)

paramètre limite de potabilité

pH entre 6,5 et 9

total pesticides < 0,50 µg.L-1

ion plomb Pb2+ < 10 µg.L-1

ion calcium Ca2+ pas de limite

ion magnésium Mg2+ < 50 mg.L-1

ion sodium Na+ < 150 mg.L-1

ion potassium K+ < 12 mg.L-1

ion sulfate SO42- < 250 mg.L-1

ion chlorure Cl- < 200 mg.L-1

ion chlorure NO3- < 50 mg.L-1

Les trois eaux A, B et C du document 2 sont issues des trois régions localisées sur la carte du document 1

QUESTIONS : Question 1 : 1.1. On s'intéresse au test des ions sulfate sur l'eau A (document 2). Entourer le schéma correspondant à la réponse exacte sur l'annexe 1 à rendre avec la copie.

ANNEXE 1 À RENDRE AVEC LA COPIE

PARTIE 2 : NOURRIR L'HUMANITE

Question 1 : 1.1. Entourer, parmi les quatre schémas ci-dessous, celui qui représente correctement le test des ions sulfate contenus dans l'eau A.

1.2. Pour le test des ions sulfate sur l'eau A, indiquer le réactif utilisé et le résultat observé, en vous aidant du document 2. Question 2 : Grâce aux résultats des tests réalisés sur les trois eaux A, B et C (document 2) et en utilisant les données du document 1, déterminer la région d'où proviennent ces trois eaux. Faire apparaître les étapes du raisonnement. Question 3 : 3.1. En s'intéressant uniquement à la teneur en ions chlorure, sulfate et calcium, évaluer si Je scientifique revenant du lac Victoria pourrait consommer, en cas de déshydratation, l'eau de ce lac. Proposer une argumentation à J'aide du document 1 et du document 3. 3.2. Envisager si la connaissance des résultats de ces trois tests suffit, d'un point de vue physico-chimique, à déterminer la potabilité d'une eau. Question 4 : Proposer des critères (autres que physico-chimiques) devant être pris en compte pour déterminer la potabilité d'une eau.

Pondichery 2012

Nous avons besoin de 2,5 L d'eau par jour pour assurer le bon fonctionnement de notre organisme. Les aliments en apportent une partie mais l'essentiel des apports provient surtout de l'eau notamment l'eau du robinet et les eaux minérales. Document 1 : Les eaux de consommation L'eau du robinet, issue d'eaux prélevées dans les rivières ou les nappes phréatiques doit subir des traitements pour être propre à la consommation. Par contre, les eaux minérales provenant de nappes souterraines protégées ne subissent pas ou très peu de traitement. Les eaux minérales possèdent des propriétés thérapeutiques spécifiques: certaines riches en magnésium sont à privilégier en cas de fatigue ou de constipation, celles riches en sodium sont à modérer quand on surveille ses apports en sel en cas de troubles cardio-vasculaires et celles riches en fluor (bon pour l'émail des dents) peuvent devenir néfastes à trop forte dose. Document 2 : Critères de qualité et normes de potabilité de l'eau du robinet Une eau du robinet est déclarée potable si elle répond à des critères de qualité qui portent notamment sur : - la qualité microbiologique : l'eau ne doit contenir ni parasite, ni virus, ni bactérie pathogène. - la qualité chimique : les substances chimiques autres que les sels minéraux font l'objet de normes très sévères. Ces substances sont dites "indésirables" ou "toxiques". - la qualité physique et gustative (les paramètres organoleptiques) : l'eau doit être limpide, claire, aérée et ne doit présenter ni saveur ni odeur désagréable. - les substances "indésirables" : leur présence est tolérée tant qu'elle reste inférieure à un certain seuil (le fluor et les nitrates par exemple). - les substances aux effets toxiques : le plomb et le chrome en font partie. - les eaux adoucies ou déminéralisées : les eaux traitées par un adoucisseur d'eau doivent contenir une teneur minimale en calcium ou en magnésium.

D'après le site internet « www.lesagencesdeleau.fr »

Ions Concentration maximale admissible en mg/L

sodium 200

sulfate 250

chlorure 200

nitrate 50

fluorure 1 ,5

D'après la directive 98/83/CE du conseil du 3 novembre 1998, http://europa.eu Document 3 : Composition de l'eau du robinet de Mme X et de deux eaux minérales

Ions Eau du robinet de Mme X Concentration en mg/L

Eau minérale A Concentration en mg/L

Eau minérale B Concentration en mg/L

Calcium Ca2+ 42 555 241

Magnésium Mg2+ 15 110 95

Sodium Na+ 10 14 255

Potassium K+ 24 4 50

bicarbonate ou hydrogénocarbonate HC03-

45 403 1685

Sulfate SO42- 90 1479 143

Chlorure CI- 10 11 38

Nitrate NO3- 1,5 3 1

Fluorure F- 0,6 0,4 2

QUESTIONS : À l'aide des documents et de vos connaissances, répondez aux questions suivantes : 1) Précisez le (ou les) critère (s) de potabilité relatif(s) à la santé publique et celui (ou ceux) relatif(s) uniquement au confort du consommateur. 2) En argumentant, expliquez si les eaux minérales A et B respectent les critères de potabilité de l'eau du robinet. Si non, expliquez leur autorisation ministérielle de distribution (toujours bien spécifiée sur l'étiquette). 3) Mme X présente des risques cardiovasculaires et souffre fréquemment de constipation. Sa voisine lui conseille, de boire régulièrement de l'eau minérale A ou B. Par goût, elle décide d'acheter de l'eau minérale B et de boire uniquement cette eau là pendant plusieurs semaines. Proposez une argumentation pour expliquer à Mme X que, même si le conseil de sa voisine est avisé, il lui est fort déconseillé de boire toujours la même eau minérale et surtout l'eau B. 4) Précisez si les ions portent une charge électrique, illustrez votre réponse à l'aide du document 3. Classez les ions de ce document en deux catégories: anions et cations. 5) Un échantillon d'eau est électriquement neutre. Explicitez la conséquence de cette propriété sur la composition de l'eau.