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L'eau Fiche bac

I

L'eau et l'environnement

L'eau suit un cycle essentiel qui intervient dans les échanges atmosphériques, océanographiques et continentaux.

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L'équilibre climatique de la Terre repose en grande partie sur les courants marins qui transportent la chaleur entre les différents points du globe. Les différences de salinité et de température expliquent les différences de densité qui sont à l'origine de ces immenses courants.

L'activité humaine influence fortement le cycle de l'eau :

  • Rejet d'oxydes d'azote et de soufre responsable des pluies acides
  • Utilisation de pesticides qui polluent les eaux douces par infiltration
  • Rejet de solvants toxiques et autres déchets dans l'océan
II

L'eau et les ressources

Si l'eau est l'élément le plus abondant sur Terre, l'eau potable est une denrée rare et précieuse. C'est pourquoi des techniques sont développées afin de rendre potable une eau qui ne l'est pas, comme :

  • Le traitement des eaux usées : par filtration, décantation traitement bactéricide
  • Le dessalement de l'eau de mer : par distillation, osmose ou échange d'ions par résine
  • L'adoucissement des eaux de source : par tamisage, décantation, floculation, filtration, ozonation ou chloration

L'application pratique de ces techniques est coûteuse et n'est pas sans conséquence sur l'environnement.

Les dosages de certaines espèces chimiques dissoutes dans l'eau permettent de contrôler sa qualité.

III

L'eau et l'énergie

L'eau est au cœur d'un processus de production de l'énergie :

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En consommant de l'énergie électrique, l'électrolyse de l'eau permet de générer de l'énergie chimique (sous forme de réserves de dihydrogène et dioxygène). Lors de l'électrolyse de l'eau, il se produit :

  • L'oxydation de l'eau en dioxygène à l'anode : \(\displaystyle{2 \ce{H2O} = \ce{O2} + 4 \ce{H+} + 4 \ce{e-}}\)
  • La réduction de l'eau en dihydrogène à la cathode : \(\displaystyle{2 \ce{H+} + 2 \ce{e-} = \ce{H2}}\)

D'où le bilan : \(\displaystyle{2 \ce{H2O} \rightarrow 2 \ce{H2} + \ce{O2} }\)

En consommant de l'énergie chimique (sous forme de réserves de dihydrogène et dioxygène), une pile à combustible (ou à hydrogène) produit de l'énergie électrique de manière totalement propre. Lors du fonctionnement de la pile à combustible, il se produit :

  • L'oxydation du dihydrogène en à l'anode : \(\displaystyle{\ce{H2} = 2 \ce{H+} + 2 \ce{e-} }\)
  • La réduction du dioxygène en eau à la cathode : \(\displaystyle{\ce{O2} + 4 \ce{H+} + 4 \ce{e-} = 2 \ce{H2O} }\)

D'où le bilan : \(\displaystyle{2 \ce{H2} + \ce{O2} \rightarrow 2 \ce{H2O}}\)

Quantité d'électricité

La quantité d'électricité que peut fournir une pile à combustible est liée à l'intensité qu'elle délivre et la durée de son fonctionnement ainsi qu'à la quantité de matière d'électrons qui peut être échangée :

\(\displaystyle{Q = I \times \Delta t = n_{e^-} \times F}\)

Avec :

  • Q : quantité d'électricité, en Coulombs (C)
  • I : intensité électrique, en Ampères (A)
  • \(\displaystyle{ n_{e^-} }\) : la quantité de matière d'électrons qui peut être échangée, en moles (mol)
  • F : la constante de Faraday (charge électrique d'une mole d'électrons), en Coulombs par moles : \(\displaystyle{F = 96\ 500}\) C.mol−1