Extrait Sujet SESSION 2015 – Antilles

Les résultats de l’analyse de l’eau captée sont consignés dans la fiche d’analyse donnée au document 1. Y figurent également les critères de potabilités définissant les valeurs limites des paramètres caractérisant une eau potable (apte à la consommation humaine), ainsi que la valeur des paramètres de cette eau après traitements.

1. Potabilité de l’eau captée
   1.1 Donner le nom des appareils qui ont permis la mesure du pH et de la conductivité de cette eau.
   1.2 En s’appuyant sur le document 1, dire, en le justifiant, si l’eau captée dans le puits est potable.
   1.3 Indiquer pourquoi la situation géographique connue de la structure (zone dont les points d’eau sont eutrophisés) aurait pu permettre d’anticiper ce constat sans effectuer de mesures. On pourra s’appuyer, pour répondre, sur le document 2.

2. Caractéristiques de l’eau captée
   2.1 En s’appuyant sur la fiche d’analyse et le document 3, indiquer la caractéristique de cette eau (très douce, douce, moyennement dure, dure, très dure).
   Pour répondre à cette question, on pourra :
   * Calculer les valeurs des concentrations molaires [Ca²⁺] et [Mg²⁺] des ions calcium et magnésium en mol/L ;
   * Montrer que le titre hydrotimétrique de l’eau captée a pour valeur 43°f.
   2.2 Indiquer des conséquences possibles de l’utilisation domestique de ce type d’eau.

DOCUMENT 1

DOCUMENT 2

DOCUMENT 3

Données : Masses molaires : Ca : 40,1 g.mol^-1 et Mg : 24,3 g.mol^-1

Eléments de correction

1.1. L’appareil qui mesure le pH est nommé pH-mètre.

Le pH est une grandeur sans unité. Un indice qui permet de mesurer l’activité de l’ion hydrogène dans une solution. L’eau pure contient la même quantité — même si c’est en proportion très faible — d‘ions hydronium H₃O⁺ et hydroxyde HO^– . Elle est neutre. Car pour un milieu donné, le pH est fonction de la concentration en ions hydronium. Il est donné par la relation suivante : pH = -log [H₃O⁺]. Un milieu acide contient donc plus d’ions hydronium que l’eau pure. Un milieu basique en revanche compte plus d’ions hydroxydes que l’eau pure.

L’appareil qui mesure la conductivité de l’eau est nommé conductimètre.

La conductivité est mesurée par la conductance d’une colonne d’eau comprise entre deux électrodes métalliques de 1 cm² de surface, séparées l’une de l’autre de 1 cm. Elle augmente avec la teneur en sels dis­sous et varie en fonction de la température (figure 7). La conductivité est exprimée en siemens par mètre (S·m^–1). Le sous-multiple microsiemens par cm (μS·cm^–1) est l’unité la plus utilisée en traitement d’eau.

La résistivité est l’inverse de la conductivité et est mesurée en ohms·cm (Ω·cm). La relation entre les deux mesures est la suivante : (Résistivité en ohms . cm ) = 10⁶ / (conductivité en S . cm-¹ )

1.2. L’eau captée présente une mesure supérieure à la limite de potabilité pour les nitrates NO₃^– (83 mg/L) contre une limite <= 50mg/L). L’eau captée dans le puit n’est donc pas potable.

1.3. La situation géographique connue de la structure (zone dont les points d’eau sont eutrophisés) indique quun apport massif de matières organiques favorise le développement d’algues et de bactéries anaérobies. Les principaux nutriments à l’origine du phénomène d’eutrophisation sont le phosphore (contenu dans les phosphates) et l’azote (contenu dans l’ammonium, les nitrates et les nitrites).

2.1. Calcul des concentrations molaires [Ca²⁺] et [Mg²⁺]

[Ca²⁺] = 150 . 10^-3 g/L / 40,1 g.mol^-1 soit [Ca²⁺] = 3,74 .10^-3 mol.L^-1

[Mg²⁺] = 13,5 . 10^-3 g/L / 24,3 g.mol^-1 soit 0,55.10^-3 mol.L^-1

Calcul du titre hydrotimétrique TH de l’eau captée

TH = 10⁴ x ( [Ca²⁺] + [Mg²⁺] )

TH = 10⁴ x ( 3,74 .10^-3 + 0,55.10^-3 ) soit TH = 42,9 °f (valeur proche de 43°f)

Conclusion : La caractéristique de cette eau est donc classée comme « Très dure« 

2.2. Les conséquences d’une eau dure sur les canalisations de cuivre et les appareils ménagers : Une eau dure a des conséquences sur l’utilisation de détergents, de machines à laver le linge (très consommatrice d’eau) et de lave-vaisselle.

Une eau dure a des conséquences sur l’utilisation de détergents, de machines à laver le linge (très consommatrice d’eau) et de lave-vaisselle. En effet, dans des eaux dures chargées en ions positifs, les produits détergents sont moins efficaces et doivent donc être mis en plus grandes quantités pour un résultat équivalent. Leur utilisation est donc plus coûteuse et entraîne une pollution des eaux plus importante.

Il sera nécessaire d’installer un adoucisseur d’eau au domicile. Il est possible d’adoucir une eau à l’aide d’un adoucisseur d’eau ou par osmose inverse. Les adoucisseurs fonctionnent sur le principe des échanges d’ions, en remplaçant les ions calcium et magnésium par des ions sodium (Na+). Lorsque la réserve de sodium est épuisée, il faut la renouveler avec des sels d’adoucissement.

Les conséquences d’une eau dure sur la santé : Une eau dure apporte une plus grande quantité de sels minéraux à l’organisme, ce qui aurait un effet protecteur vis-à-vis de certaines maladies cardiovasculaires. Toutefois, elle est contrindiquée en cas de troubles liés à l’hypertension. Par ailleurs, les eaux dures solubilisent plus les métaux lourds que les eaux douces ce qui peut poser problème si les canalisations sont encore en plomb.