Ressources · 3ᵉ · Chimie
Chimie et environnement : pollution, effet de serre, chimie verte
Les gaz à effet de serre produits par les transformations chimiques et le bilan carbone ; les pluies acides et l’acidification des océans ; analyser, traiter et dépolluer l’eau ; la chimie verte.
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – Chimie et environnement : pollution, effet de serre, chimie verte
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Chimie 3ᵉ
Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Exercice 1 – Les gaz d’une sucrerie ★★
(4 pts)Une sucrerie de betteraves possède : une chaudière au gaz naturel (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O) ; un four à chaux, où l’on chauffe du calcaire (CaCO₃ → CaO + CO₂) avec du coke, un combustible fait de carbone ; des bassins où les débris de betteraves, mêlés à la boue des eaux de lavage, se décomposent sans dioxygène ; un sécheur de pulpes qui rejette beaucoup de vapeur d’eau.
- a)Pour la chaudière, le four à chaux et les bassins, nomme le gaz à effet de serre rejeté. Justifie à l’aide du cours.
- b)Écris l’équation de la combustion du coke (carbone) dans le dioxygène. Rejette-t-elle un gaz à effet de serre ?
- c)La vapeur d’eau est un gaz à effet de serre. Pourquoi ne compte-t-on pas celle du sécheur dans le bilan de l’usine ?
- d)Propose un moyen d’empêcher le méthane des bassins de partir dans l’air, et dis ce qu’il devient alors.
Exercice 2 – Le bilan carbone d’une ferme laitière ★★
(4 pts)Chaque année, une ferme laitière rejette 9 t de méthane (digestion des vaches), 0,5 t de protoxyde d’azote (engrais azotés des champs) et 40 t de CO₂ (gazole des tracteurs). Ses haies et ses prairies absorbent 70 t de CO₂. Sur cent ans, 1 t de méthane compte pour 30 t de CO₂ et 1 t de protoxyde d’azote pour 270 t.
- a)Calcule l’équivalent CO₂ du méthane, puis celui du protoxyde d’azote.
- b)Calcule les émissions totales de la ferme en tonnes d’équivalent CO₂.
- c)Calcule le bilan net de la ferme. Les haies et les prairies sont-elles des puits ou des sources ?
- d)Propose deux actions pour réduire ce bilan, en précisant le gaz à effet de serre que chacune limite.
Exercice 3 – Des pluies sous surveillance ★★
(4 pts)Un réseau de stations mesure le pH moyen des pluies pendant un an.
| Station de mesure | pH moyen de la pluie |
|---|---|
| A : col de montagne | 5,6 |
| B : sous le vent d’une raffinerie | 4,4 |
| C : centre d’une grande ville | 4,9 |
| D : île en pleine mer | 5,7 |
- a)Quelles stations reçoivent des pluies acides ? Justifie.
- b)Nomme les deux sortes de gaz responsables des pluies acides et donne pour chacune une origine probable près des stations concernées.
- c)Complète l’équation de formation de l’acide nitrique et vérifie la conservation des atomes d’azote : … NO₂ + O₂ + 2 H₂O → 4 HNO₃.
- d)Un élève affirme : « le CO₂ que nous rejetons a rendu l’océan acide : son pH est passé sous 7. » Corrige-le.
Exercice 4 – Les nitrates du captage ★★★
(4 pts)Une commune boit l’eau d’un captage situé au milieu de champs cultivés. Teneur en nitrates mesurée (limite de qualité : 50 mg/L) :
| Année | 2006 | 2011 | 2016 | 2021 | 2025 |
|---|---|---|---|---|---|
| Nitrates (mg/L) | 34 | 47 | 56 | 61 | 44 |
- a)Quelles années l’eau du captage n’était-elle pas conforme ? Justifie.
- b)D’où viennent ces nitrates, et comment arrivent-ils jusqu’à l’eau du captage ?
- c)L’année où la teneur était la plus forte, on mélange à volume égal l’eau du captage avec celle d’un second captage à 15 mg/L. Calcule la teneur du mélange : respecte-t-il la limite de qualité ?
- d)Une personne boit chaque jour 1,5 L de ce mélange. Calcule la masse de nitrates qu’elle absorbe en un jour, puis en une année de 365 jours (en g, arrondie au dixième).
Exercice 5 – Chimie verte : vrai ou faux ? ★★★
(4 pts)Pour chaque affirmation, réponds « vrai » ou « faux », puis justifie ta réponse à l’aide du cours (avec un calcul quand il le faut).
- a)« Un sac biosourcé se décompose forcément dans la nature. »
- b)« Un procédé qui transforme 800 kg de réactifs en 680 kg de produit voulu a une économie d’atomes de 85 % et produit 120 kg de déchets. »
- c)« Remplacer un solvant toxique par de l’eau ne sert à rien, puisque la réaction reste la même. »
- d)« Le dioxyde de carbone ne peut pas servir à la chimie verte, puisque c’est un gaz à effet de serre. »
Bon courage !
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Corrigé et barème – Chimie et environnement : pollution, effet de serre, chimie verte
Durée : 55 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Chimie 3ᵉ
Exercice 1 – Les gaz d’une sucrerie ★★
(4 pts)- a)Chaudière : dioxyde de carbone CO₂ (combustion d’un combustible carboné). Four à chaux : CO₂, rejeté par le calcaire chauffé et par la combustion du coke. Bassins : méthane CH₄ (et un peu de CO₂), car la matière organique s’y décompose sans dioxygène. (1)
- b)C + O₂ → CO₂ : elle rejette du dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre. (1)
- c)Elle retombe en pluie en une dizaine de jours : elle ne s’accumule pas dans l’air, contrairement au CO₂ et au méthane. (1)
- d)Couvrir les bassins pour capter le méthane (le biogaz), puis le brûler, par exemple dans la chaudière : il devient du dioxyde de carbone (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O), qui réchauffe environ 11 fois moins que le méthane laissé dans l’air. (1)
Méthode — Je lis les produits de chaque transformation : CO₂ (combustion, calcaire chauffé), CH₄ (décomposition sans dioxygène), N₂O (engrais).
Exercice 2 – Le bilan carbone d’une ferme laitière ★★
(4 pts)- a)Méthane : 9 × 30 = 270 t de CO₂e. Protoxyde d’azote : 0,5 × 270 = 135 t de CO₂e. (1)
- b)270 + 135 + 40 = 445 t de CO₂e. (1)
- c)Bilan net = émissions − absorptions : 445 − 70 = 375 t de CO₂e. Haies et prairies sont des puits : la photosynthèse retire du CO₂ de l’air. (1)
- d)Par exemple : utiliser moins d’engrais azoté (moins de protoxyde d’azote) ; capter le méthane du fumier dans une cuve fermée et le brûler (moins de méthane) ; planter des haies (plus d’absorption de CO₂) ; des tracteurs plus sobres (moins de CO₂). (1)
Erreur fréquente — Additionner 9 t de méthane et 40 t de CO₂ sans convertir : chaque gaz se compte en équivalent CO₂ avant d’additionner.
Exercice 3 – Des pluies sous surveillance ★★
(4 pts)- a)B (4,4) et C (4,9) : leur pH est inférieur à 5,6. A (5,6) a le pH d’une pluie non polluée ; D (5,7) n’est pas acide non plus. (1)
- b)Le dioxyde de soufre SO₂ (combustibles soufrés de la raffinerie) et les oxydes d’azote NO et NO₂ (moteurs et chaudières de la ville). (1)
- c)4 NO₂ + O₂ + 2 H₂O → 4 HNO₃ : 4 atomes d’azote de chaque côté (on vérifie aussi H : 4 = 4 et O : 8 + 2 + 2 = 12 = 4 × 3). (1)
- d)Le CO₂ dissous forme de l’acide carbonique et fait baisser le pH de l’océan, d’environ 8,2 à 8,1 : il s’acidifie, mais reste basique (pH supérieur à 7). (1)
Repère — Pluie : seuil 5,6. Océan : pH qui baisse, mais toujours supérieur à 7.
Exercice 4 – Les nitrates du captage ★★★
(4 pts)- a)2016 (56 mg/L) et 2021 (61 mg/L) : plus que la limite de 50 mg/L. (1)
- b)Des engrais azotés et du lisier épandus sur les champs : les nitrates, très solubles dans l’eau, sont entraînés par la pluie à travers le sol jusqu’à la nappe du captage. (1)
- c)(61 + 15) ÷ 2 = 76 ÷ 2 = 38 mg/L : moins que 50 mg/L, le mélange respecte la limite de qualité. (1)
- d)Par jour : 1,5 × 38 = 57 mg. Par an : 57 × 365 = 20 805 mg, soit environ 20,8 g. (1)
Méthode — Masse = concentration × volume ; mélange à volumes égaux = moyenne des deux concentrations.
Exercice 5 – Chimie verte : vrai ou faux ? ★★★
(4 pts)- a)Faux : biosourcé veut dire fabriqué à partir de matière végétale ; le polyéthylène de canne à sucre est biosourcé mais pas biodégradable. (1)
- b)Vrai : 680 ÷ 800 × 100 = 85 % ; la masse se conserve, donc 800 − 680 = 120 kg de déchets. (1)
- c)Faux : un solvant sans danger supprime les risques pour les ouvriers et les rejets toxiques ; c’est un principe de la chimie verte. (1)
- d)Faux : sous forte pression, le dioxyde de carbone est un solvant sans danger (pour retirer la caféine du café, par exemple) qui remplace des solvants dangereux ; il redevient gaz et ne laisse rien dans le produit. (1)
Le point clé — La chimie verte agit à la source : moins de déchets, des solvants sûrs, moins d’énergie, des matières renouvelables.
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Ce contrôle de chimie 3ᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Chimie et environnement : pollution, effet de serre, chimie verte » : 5 exercices, 55 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Les gaz d’une sucrerie ★★/ 4 pts
- Exercice 2 — Le bilan carbone d’une ferme laitière ★★/ 4 pts
- Exercice 3 — Des pluies sous surveillance ★★/ 4 pts
- Exercice 4 — Les nitrates du captage ★★★/ 4 pts
- Exercice 5 — Chimie verte : vrai ou faux ? ★★★/ 4 pts
Notions évaluées
gaz à effet de serre, dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d’azote, combustion, fermentation, décomposition sans dioxygène, calcaire, eau de chaux, bilan carbone, équivalent CO₂, puits de carbone, source, énergie décarbonée, recyclage, captage du CO₂, pluie acide, pH, dioxyde de soufre, oxydes d’azote, acide sulfurique, acide nitrique, chaulage, acidification des océans, acide carbonique, nitrates, phosphates, concentration, potabilisation, épuration, abattement, chimie verte, économie d’atomes, solvant, catalyseur, enzyme, biosourcé, biodégradable.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 55 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Chimie et environnement : pollution, effet de serre, chimie verte » ?
- 55 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 55 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de chimie de troisième ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Chimie et environnement : pollution, effet de serre, chimie verte » du programme officiel de chimie en troisième, soit : gaz à effet de serre produits lors de transformations chimiques (combustions, fermentation, décompositions, calcaire, engrais) ; bilan carbone en équivalent CO₂, puits et sources, pistes pour limiter les émissions (énergie décarbonée, recyclage, traitement des déchets, captage du CO₂) ; pluies acides et acidification des océans, pH ; pollution chimique de l’eau, concentration, tests d’ions, traitement avant rejet, potabilisation et épuration ; chimie verte, économie d’atomes, biosourcé et biodégradable.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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