Terminale S -Physique Chimie –Enseignement de spécialité LMD -Mme Blanc
Thème 1 : L’eau
Domaine d’étude : Eau et environnement Mots-clés :
-Mers ; océans ; climat ; traceurs chimiques.
-Erosion ; dissolution ; concrétion.
-Surveillance et lutte physico-chimique contre les pollutions ; pluies acides.
Activité : Courants océaniques, climat et traceurs chimiques
Pour commencer, une animation flash pour se remémorer quelques notions sur le climat, l’effet de serre, circulations des courants aériens et océaniques sur le site du CNRS (durée totale : environ 20 min) :
http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim/
Document 1 : La circulation des eaux océaniques
La circulation des eaux des océans est due en particulier à leurs différences de densité et de température : c’est la circulation thermohaline . L’eau froide est plus dense que l’eau chaude et l’eau salée est plus dense que l’eau douce.
Dans l’Arctique, les eaux non gelées, froides et salées, plongent et alimentent les courants profonds et sont entraînées vers le sud. Sous les Tropiques, la température de ces eaux augmente et elles remontent à la surface. Cette circulation thermohaline des océans participe à la régulation du climat en stockant et transportant de la chaleur des zones équatoriales vers d’autres latitudes.
Questions :
1-Rechercher l’origine du mot « thermohaline »
2-Le Gulf Stream est l’un des courants océaniques participant à cette circulation : rechercher son origine, son influence sur le climat des cotes américaines et européennes.
3-Quelle est la définition de la salinité d’une eau de mer ? Quelle en est la valeur moyenne ?
Document 2 : Réserves en eau de la planète Terre
Surface de la planète : 510 millions de km²
Surface occupée par les mers et océans : 360 millions de km²
Volume d’eau total (hydrosphère) quel que soit son état physique : 1409 millions de km3
-Mers et océans : 1370 millions de km3
-Calottes glaciaires et glaciers : 29 millions des km3 -Eaux souterraines : 9.5 millions de km3 -Eaux de surfaces : 0.13 millions de km3 -humidité des sols etc… 0.4 millions de km3.
Questions :
1-Comparer la surface occupée par les mers et océans à celle de la planète.
2-Sur un diagramme circulaire, représenter, en pourcentages, les volumes occupés par les mers et océans, les calottes glaciaires et glaciers et le reste.
3-Rédiger un texte de quelques lignes expliquant le cycle de l’eau sur Terre.
Document 3 : Les traceurs chimiques
Dans le domaine de l’océanographie, les traceurs chimiques sont devenus ces dernières années des outils incontournables pour étudier la circulation océanique. Notre équipe met en œuvre, en complément des traceurs physiques classiques, deux séries de traceurs chimiques :
- les traceurs naturels (silicate, nitrate, phosphate) qui présentent dans l’océan profond sous certaines conditions des variations conservatives. Ce sont des outils d’aide à l’identification des masses d’eau qui ne pourraient pas être distinguées par les seuls traceurs physiques ;
- les traceurs transitoires (fréons, CCl4) qui sont des composés d’origine anthropique dont les teneurs ont largement évoluées ces dernières décennies. Il s’agit à l’aide de ces traceurs, d’étudier les déplacements des masses d’eaux dans l’océan profond et d’établir des échelles de temps dans les transports qui sont généralement difficiles à obtenir de manière certaine par les moyens classiques de la physique, en raison de la lenteur de la circulation profonde.
Les travaux sont actuellement consacrés à la variabilité décennale de la circulation océanique dans l'Atlantique nord en réponse au changement climatique. Les études menées permettront d'estimer les conséquences du changement climatique sur la circulation océanique et le climat particulièrement influencé dans le cas de l'Europe du nord-ouest par le Gulf Stream.
D’après CNRS/Station Biologique Roscoff
Questions:
1-L’un des gaz fréon utilisé est le trichlorofluorométhane (ou CFC-11) : donner la représentation de Lewis de ce composé.
C : Z=6 Cl : Z=17 F : Z=9
2-Dans le texte, il est question de traceurs physiques ; parmi ceux-ci, on peut citer le tritium 31H. Celui-ci, rejeté dans l’atmosphère lors des essais nucléaires dans les années 60 est émetteur β.
Ecrire son équation de désintégration et donner le nom de la particule émise.
Activité expérimentale :
On l’a vu, la salinité d’une eau de mer fait varier sa densité et participe ainsi aux courants océaniques. Dans l’eau de mer, les proportions des espèces dissoutes restent constantes quelle que soit la salinité.
Ci-dessous un tableau donnant les masses en grammes des principaux ions dissous dans un kilogramme d’eau de mer de salinité 35g.kg1 :
Anions Chlorure Cl(aq) 18,9799 g.kg1
Sulfate SO42(aq) 2,6486 g.kg1
Hydrogénocarbonate
) ( 3aq
HCO
0,1397 g.kg1
Bromure Br(aq )
0,0646 g.kg1 Cations Sodium Na(aq )
10,5561g.kg1
Magnésium Mg(aq2) 1,2720g.kg1
Calcium Ca(aq2) 0,4001g.kg1
Potassium K(aq ) 0,3800 g.kg1
L’une des méthodes, pour déterminer la salinité (S) est de calculer la chlorinité (Ch) d’une eau : celle-ci est exprimée en masse de chlore, en gramme, équivalente à la quantité totale d’ions halogénure dans 1 kg d’eau.
1) Questions préliminaires
1-Quel est le cation généralement utilisé pour caractériser des ions chlorure ?
2-L’ion bromure appartenant à la même famille d’éléments chimiques que l’ion chlorure, que peut-on en déduire sur sa réactivité ?
3-Le protocole proposé suppose le dosage de 10,0 mL d’eau de mer et le calcul de la concentration massique en ions halogénures. Compte tenu de son unité, quelle grandeur vous sera nécessaire pour déterminer la salinité ?
Proposer un protocole simple permettant de déterminer cette grandeur.
2) Protocole expérimental du dosage proposé
Par titrage direct, on dose les ions halogénures contenus dans 10,0 mL d’eau de mer par une solution aqueuse de nitrate d’argent à la concentration C=0,020 mol/L, en présence de chromate de potassium (indicateur de fin de dosage).
-Ecriture de l’équation de dosage et la relation à l’équivalence
-Détermination de la concentration molaire puis de la concentration massique en ions halogénures Cm.
-Utiliser le tableau de données pour montrer que : S1,81Ch et calculer S.
3) Remarque : Cette méthode, est abandonnée depuis 1981 et remplacée par des mesures conductimétriques.
