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.
À propos de cette page
Cinq problèmes corrigés : la station d’épuration d’une vallée, les barquettes d’une cantine et la fabrication du PLA, un lac de montagne soigné par chaulage, le biogaz capté d’une décharge et une centrale au charbon équipée d’un lavage des fumées et d’un captage du CO₂.
5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je repère la transformation chimique en jeu et ses produits : gaz à effet de serre, acide, polluant de l’eau.
Je relève les données utiles avec leurs unités (t, kg, mg/L, %, pH) et je les mets dans la même unité si besoin.
Je choisis la relation du cours : équivalent CO₂ = masse × coefficient ; masse = concentration × volume ; part en % = partie ÷ total × 100 ; proportionnalité de l’équation.
Je calcule dans l’ordre des questions et je vérifie l’ordre de grandeur (un abattement ne dépasse pas 100 %, une masse de déchets est inférieure à celle des réactifs).
Je conclus par une phrase avec le vocabulaire du cours : puits, source, pluie acide, épuration, principe de chimie verte.
Problème 1 · La station d’épuration de la vallée★★★Facile
Analyses d’une station d’épuration (en mg/L) : matière organique : 360 en entrée, 36 en sortie ; phosphates : 9 en entrée, 1,8 en sortie ; nitrates : 40 en entrée, 28 en sortie. La station traite 12 000 m³ d’eau par jour (1 m³ = 1 000 L).
1. Abattement de la matière organique : %
%.
2. Abattement des phosphates : %
%.
3. Abattement des nitrates : %
%.
4. Masse de nitrates rejetée chaque jour dans la rivière : kg
28 mg/L = 28 g/m³ ; g, soit 336 kg par jour.
5. Le polluant le moins bien retiré, qui risque de faire proliférer les algues de la rivière : les
Les nitrates (30 % seulement) : mieux vaut en limiter les rejets à la source.
Problème 2 · Les barquettes de la cantine★★★Facile
Une cantine hésite entre trois barquettes : en polyéthylène tiré du pétrole, en polyéthylène tiré de la canne à sucre, et en PLA. Le PLA est fabriqué à partir d’acide lactique, obtenu en faisant fermenter l’amidon du maïs ; cette fabrication libère de l’eau : 90 g d’acide lactique donnent 72 g de PLA et 18 g d’eau.
1. Nombre de ces trois barquettes en plastique qui sont biosourcées :
2 : le polyéthylène de canne à sucre et le PLA viennent de plantes ; le troisième vient du pétrole.
2. La seule qui peut aller dans un compost industriel : la barquette en
Le PLA, compostable à plus de 60 °C ; le polyéthylène, même tiré de la canne, ne l’est pas.
3. Masse de PLA obtenue à partir de 360 kg d’acide lactique : kg
et kg de PLA (et kg d’eau).
4. Économie d’atomes de cette fabrication : %
% : le seul sous-produit est de l’eau, sans danger.
5. Le principe de chimie verte respecté par le PLA et le polyéthylène de canne : des matières premières
Des matières premières renouvelables (végétales) plutôt que le pétrole.
Problème 3 · Le lac qui reprend vie★★★Moyen
pH d’un lac de montagne : 1965 : 6,6 ; 1980 : 5,0 ; 1995 : 5,4 ; 2015 : 6,2. Une centrale au charbon a fonctionné dans la vallée de 1958 à 1992 ; des filtres à fumées y ont été installés en 1988. Pour accélérer la guérison, on répand du calcaire en poudre : CaCO₃ + 2 H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + CO₂ ; 100 g de calcaire consomment 2 g d’ions H⁺.
1. Année où le lac était le plus acide :
Le pH le plus bas, 5,0, est celui de 1980.
2. Formule du gaz rejeté par la centrale qui a acidifié les pluies :
Le dioxyde de soufre SO₂ du charbon, transformé en acide sulfurique dans les nuages.
3. Masse de calcaire nécessaire pour consommer 40 kg d’ions H⁺ : kg
kg de calcaire.
4. Gaz dégagé par le chaulage, d’après l’équation :
Le dioxyde de carbone CO₂.
5. Depuis l’année la plus acide jusqu’en 2015, la quantité d’ions H⁺ dans le lac a (augmenté ou diminué).
Le pH est remonté de 5,0 à 6,2 : il y a moins d’ions H⁺, la quantité a diminué.
Problème 4 · Le biogaz de la décharge★★★Moyen
Une décharge rejette chaque année 120 t de méthane. On y installe des puits de captage qui récupèrent 75 % de ce méthane ; il est brûlé dans un moteur qui produit de l’électricité : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O ; 16 t de méthane brûlées donnent 44 t de CO₂. Sur cent ans, 1 t de méthane compte pour 30 t de CO₂.
1. Masse de méthane captée chaque année : t
t.
2. Masse de méthane qui s’échappe encore : t
t.
3. Masse de CO₂ rejetée par le moteur qui brûle le méthane capté : t
t de CO₂.
4. Bilan de la décharge AVANT le captage : t de CO₂e
t de CO₂e.
5. Bilan APRÈS le captage (méthane échappé + CO₂ du moteur) : t de CO₂e
; t de CO₂e : environ trois fois moins, et de l’électricité en plus.
Problème 5 · La centrale au charbon modernisée★★★Difficile
Avant ses travaux, une centrale au charbon rejetait chaque année 2 400 t de dioxyde de soufre et 5 millions de tonnes (Mt) de CO₂. On l’équipe d’un lavage des fumées qui retient 95 % du dioxyde de soufre, et d’un captage qui récupère 90 % du CO₂, stocké ensuite dans une roche profonde. On admet que, comme en moyenne dans le monde, les puits absorbent la moitié du CO₂ rejeté.
1. Masse de dioxyde de soufre encore rejetée chaque année : t
t (il en reste 5 %).
2. Masse de dioxyde de soufre évitée chaque année : t
t : beaucoup moins de pluies acides sous le vent de la centrale.
3. Masse de CO₂ encore rejetée chaque année : Mt
Mt.
4. Avant les travaux, masse de CO₂ de la centrale qui s’accumulait chaque année dans l’air : Mt
La moitié de 5 Mt : 2,5 Mt ; l’autre moitié allait dans les puits (végétation, océans), dont l’océan qu’elle acidifiait.
5. Le CO₂ capté n’est pas détruit : il est stocké sous .
Il est stocké sous terre, dans une roche profonde (comme sous la mer du Nord depuis 1996).
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