Eau et contrôle qualité Exercice type bac

Dessalement de l'eau de mer

En Europe, des usines de dessalement sont présentes sur les côtes de la mer Méditerranée où l'eau douce est rare, par exemple à Barcelone en Espagne.
On s'intéresse, dans cet exercice, à l'impact environnemental des saumures rejetées dans la mer par ces usines.

On appelle saumure la solution concentrée en composés ioniques obtenue à la fin du processus de dessalement, majoritairement du chlorure de sodium. Les courants marins de la mer Méditerranée sont en général faibles et ne permettent pas une dilution immédiate des saumures rejetées, ce qui peut perturber les écosystèmes marins.

Données :

Masses molaires atomiques : M\left(Cl\right) = 35{,}5 g.mol^-1 ; M\left(Na\right) = 23,0 g.mol^-1
Valeur moyenne de la masse volumique de l'eau de la mer Méditerranée : \rho = 1\ 027 kg.m^-3

Document 1

La Posidonie de Méditerranée

D'après les sites http://fr.wikipedia.org et http://www.larecherche.fr

La Posidonie de Méditerranée (Posidonia Oceanica) est une plante aquatique qui forme de vastes herbiers entre la surface de l'eau et une profondeur de l'ordre de 40 m. Ces herbiers constituent l'écosystème majeur de Méditerranée et jouent un rôle important dans la protection des côtes contre l'érosion. De nombreux organismes, animaux et végétaux, trouvent protection et alimentation dans ces herbiers.
En Espagne, des études ont montré que la plante à fleurs aquatique Posidonia Oceanica est très sensible aux variations du taux de salinité de ses habitats naturels.
Des effets notables sur sa vitalité ont été observés dès que la salinité atteint 37,4 g de sel par kilogramme d'eau de mer.

Document 2

Osmose inverse

D'après le site www.polymem.fr

Dans la nature, l'osmose est un phénomène naturel, essentiel aux équilibres biologiques, qui consiste en la migration de l'eau vers les solutions les plus concentrées. Cet écoulement s'arrête naturellement lorsque le système a atteint l'équilibre.
L'osmose inverse est une technologie de séparation utilisée dans le procédé industriel de dessalement de l'eau de mer. Lorsque l'on applique une pression suffisante sur la solution la plus concentrée, le flux d'eau est alors dirigé en sens inverse, c'est-à-dire de la solution la plus concentrée vers la solution la moins concentrée.

Schéma de principe de l'osmose inverse

Document 3

Dosage des ions chlorure présents dans la saumure en fin du processus de dessalement

Équation de la réaction support du dosage :

\ce{Cl^{-}_{(aq)} + Ag+_{(aq)} - \gt AgCl_{(s)} }

Protocole opératoire :

Diluer 500 fois la saumure pour obtenir une solution S
Introduire un volume V_1 = 10{,}00 ml de la solution S dans un bécher
Mettre en place une sonde de conductimétrie dans le bécher en ajoutant de l'eau distillée de manière à immerger la sonde
Remplir une burette graduée avec une solution de nitrate d'argent de concentration molaire C₂ en ions \ce{Ag+} égale à 2{,}00 \times 10^{-3} mol.l^-1
Verser progressivement la solution de nitrate d'argent dans le bécher et relever les valeurs de la conductivité du milieu réactionnel après chaque ajout

$Évolution de la conductivité $\displaystyle{\sigma}$ du milieu réactionnel en fonction du volume V2 de la solution de nitrate d'argent ajoutée, dans le cas de la saumure obtenue en fin du processus de dessalement :$

Évolution de la conductivité \sigma du milieu réactionnel en fonction du volume V2 de la solution de nitrate d'argent ajoutée, dans le cas de la saumure obtenue en fin du processus de dessalement :

On appelle salinité la masse totale de sels dissous dans un kilogramme d'eau de mer. Pour simplifier, on considèrera qu'il s'agit uniquement de chlorure de sodium.
L'eau de mer de la Méditerranée a une salinité naturelle moyenne de 35,6 g.kg^-1.

Parmi les valeurs suivantes, laquelle est égale à la concentration molaire moyenne en ions chlorures dans l'eau de mer ?

0,609 mol.l⁻¹

0,687 mol.l⁻¹

0,625 mol.l⁻¹

0,592 mol.l⁻¹

En quoi la technique de dessalement de l'eau de mer par osmose inverse est génératrice de saumures ?

La solution dans le compartiment le plus concentré garde la même quantité de matière d'ions mais son volume diminue donc la technique d'osmose inverse entraîne une augmentation de la concentration de la solution en composés ioniques (comme le montre la relation n = C \times V ). On obtient donc de la saumure à la fin du processus de dessalement.

La solution dans le compartiment le plus concentré garde la même quantité de matière d'ions mais son volume diminue donc la technique d'osmose inverse entraîne une diminution de la concentration de la solution en composés ioniques (comme le montre la relation n = C \times V ). On obtient donc de la saumure à la fin du processus de dessalement.

La solution dans le compartiment le plus concentré garde la même quantité de matière d'ions mais son volume diminue donc la technique d'osmose inverse entraîne une diminution de la concentration de la solution en composés ioniques (comme le montre la relation n =\dfrac{C}{V} ). On obtient donc de la saumure à la fin du processus de dessalement.

La solution dans le compartiment le plus concentré garde la même quantité de matière d'ions mais son volume diminue donc la technique d'osmose inverse entraîne une augmentation de la concentration de la solution en composés ioniques (comme le montre la relation n =\dfrac{C}{V} ). On obtient donc de la saumure à la fin du processus de dessalement.

On envisage de mélanger 1,0 l d'une saumure obtenue en fin de processus de dessalement avec 200 l d'eau de mer avant de rejeter le mélange obtenu en Méditerranée. Cette saumure est analysée par conductimétrie, comme explicité dans le document 3.

Ce rejet présente-t-il un danger pour les écosystèmes marins ?

Le rejet ne représente pas de danger pour les écosystèmes marins car sa salinité est S = \left(M\left(Na\right)+M\left(Cl\right)\right) \times \dfrac{C_1 \times V_{mer} + 500 \times \dfrac{C_2\times V_{éq}}{V_1}\times V_{saum}}{\rho\times \left(V_{mer} + V_{saum} \right)}=35{,}7 g.kg⁻¹et est donc inférieure à la salinité limite.

Le rejet ne représente pas de danger pour les écosystèmes marins car sa salinité est S = \left(M\left(Na\right)+M\left(Cl\right)\right) \times \dfrac{C_1 \times V_{mer} + 500 \times \dfrac{C_2\times V_{éq}}{V_1}\times V_{saum}}{\rho\times \left(V_{mer} + V_{saum} \right)}=42{,}3 g.kg⁻¹et est donc inférieure à la salinité limite.

Le rejet représente un danger pour les écosystèmes marins car sa salinité est S = \left(M\left(Na\right)+M\left(Cl\right)\right) \times \dfrac{C_1 \times V_{mer} + 500 \times \dfrac{C_2\times V_{éq}}{V_1}\times V_{saum}}{\rho\times \left(V_{mer} + V_{saum} \right)}=64{,}6 g.kg⁻¹et est donc supérieure à la salinité limite.

Le rejet représente un danger pour les écosystèmes marins car sa salinité est S = \left(M\left(Na\right)+M\left(Cl\right)\right) \times \dfrac{C_1 \times V_{mer} + 500 \times \dfrac{C_2\times V_{éq}}{V_1}\times V_{saum}}{\rho\times \left(V_{mer} + V_{saum} \right)}=23{,}5 g.kg⁻¹et est donc supérieure à la salinité limite.