Karamö, le prof virtuelLeçon 16 sur 16
Protection de l'environnement
Je sais expliquer, avec des équations chimiques, les principales pollutions de l'air, de l'eau et des sols, et proposer des moyens concrets de les réduire en Guinée.
- 55 min
- 5 exercices corrigés
- 3 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Identifier les principaux polluants de l'air (CO, CO₂, SO₂, oxydes d'azote, poussières) et leurs effets
- Expliquer par des équations la formation des pluies acides et l'effet de serre
- Décrire des pollutions de l'eau et des sols (mercure, engrais, déchets plastiques)
- Calculer la masse de polluant rejetée par une combustion
- Proposer des gestes et des techniques de protection de l'environnement
Avant de commencer : Les leçons « L'élément carbone et ses réactions » (combustions, CO et CO₂), « Techniques de séparation des mélanges » (décantation, filtration) et « Quantité de matière ».
1Je découvre
Pendant les vacances, Aïssatou rend visite à son oncle près de Boké. Le long de la route, les feuilles des arbres sont couvertes d'une fine poussière rouge soulevée par les camions qui transportent la bauxite. Son oncle lui dit que certains jours, on tousse beaucoup au village.
De retour à Conakry, elle remarque les fumées noires qui sortent de certains pots d'échappement dans les embouteillages, les tas d'ordures où brûlent des sachets plastiques, et les caniveaux bouchés par les bouteilles vides. Sa cousine, qui vit à Siguiri, lui a raconté que des orpailleurs utilisent du mercure pour récupérer l'or, et que ce métal finit parfois dans les cours d'eau.
Aïssatou se sent un peu découragée : « Tout pollue ! Est-ce qu'on peut vraiment y faire quelque chose ? » Son professeur de chimie lui répond que, pour agir efficacement, il faut d'abord comprendre d'où viennent les polluants, quelles réactions les produisent et ce qu'ils deviennent.
Quelles réactions chimiques sont à l'origine des principales pollutions, quels sont leurs effets, et comment peut-on les réduire ?
2Je comprends
1. Qu'est-ce qu'une pollution ?
Une pollution est l'introduction dans l'environnement (air, eau, sol) de substances ou de déchets qui nuisent à la santé des êtres humains, aux animaux, aux plantes ou aux biens. Un polluant peut être naturel (poussières de l'harmattan, gaz des volcans) ou, le plus souvent, produit par les activités humaines : transports, industries, mines, agriculture, déchets ménagers.
2. La pollution de l'air
Le monoxyde de carbone (CO). Il provient des combustions incomplètes : moteurs mal réglés, fourneaux à charbon, feux d'ordures. Tu sais qu'il est très toxique (2C + O2 → 2CO).
Le dioxyde de carbone (CO₂) et l'effet de serre. Toute combustion d'un combustible carboné libère du CO₂ :
- charbon de bois (assimilé à du carbone) : C + O2 → CO2 ;
- butane : 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O.
Le CO₂ n'est pas toxique aux concentrations habituelles, mais c'est un gaz à effet de serre : comme la vitre d'une serre, il laisse passer la lumière du Soleil mais retient une partie de la chaleur que la Terre renvoie. L'effet de serre naturel est indispensable à la vie ; mais son renforcement par les rejets humains de CO₂ (et d'autres gaz comme le méthane) entraîne un réchauffement climatique : irrégularité des pluies, sécheresses, montée du niveau des océans qui menace les côtes basses, comme celles de la Guinée maritime.
Le dioxyde de soufre (SO₂) et les pluies acides. Les combustibles fossiles (gazole, fioul, charbon) contiennent un peu de soufre. En brûlant : S + O2 → SO2. Dans l'air, le SO₂ s'oxyde et réagit avec l'eau des nuages :
2SO2 + O2 → 2SO3 puis SO3 + H2O → H2SO4 (acide sulfurique).
Les oxydes d'azote (NO, NO₂). Dans les moteurs, très chauds, le diazote et le dioxygène de l'air réagissent : N2 + O2 → 2NO, puis 2NO + O2 → 2NO2. Le NO₂, gaz roux, irrite les voies respiratoires et donne lui aussi des acides avec l'eau.
Ces acides retombent avec la pluie : ce sont les pluies acides. Elles attaquent les métaux (tôles, ponts), les pierres calcaires (CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + CO2 + H2O), acidifient les sols et les lacs, et abîment les forêts.
Les poussières (particules fines). Elles viennent des pistes et des mines (poussières de bauxite), des fumées noires des moteurs diesel, des feux de brousse et d'ordures. Respirées, elles provoquent toux, bronchites et maladies respiratoires. Les sachets plastiques brûlés à l'air libre dégagent en plus des fumées toxiques.
Exemple
Le CO₂ rejeté par la cuisson.
Données : C 12 ; H 1 ; O 16 g/mol.
Butane : M(C₄H₁₀) = 58 g/mol. Pour 1,0 kg : n = 1 000 / 58 ≈ 17,2 mol.
2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O : 2 mol de butane donnent 8 mol de CO₂, donc n(CO₂) = 4 × 17,2 ≈ 69,0 mol.
m(CO₂) = 69,0 × 44 ≈ 3 030 g ≈ 3,0 kg.
Charbon de bois assimilé à du carbone : 1,0 kg donne environ 3,7 kg de CO₂ (leçon précédente).
De plus, le charbon de bois vient souvent d'arbres coupés sans être replantés : on perd aussi les arbres qui auraient absorbé ce CO₂.
3. La pollution de l'eau
Les eaux usées et les déchets : eaux des ménages, latrines mal construites près des puits, ordures jetées dans les caniveaux et les rivières. Elles transportent des microbes (choléra, diarrhées, fièvre typhoïde) et bouchent les canalisations, ce qui aggrave les inondations en saison des pluies.
Les métaux lourds. Dans l'orpaillage artisanal, on mélange parfois le mercure (Hg) au sable aurifère : il forme avec l'or un alliage, l'amalgame. On chauffe ensuite l'amalgame pour évaporer le mercure et récupérer l'or. Les vapeurs de mercure sont très toxiques pour celui qui les respire, et le mercure perdu dans les rivières s'accumule dans les poissons, puis dans l'organisme de ceux qui les mangent. Il atteint notamment le système nerveux.
Les engrais et pesticides. Les nitrates (NO3^-) et les phosphates (PO43-) apportés en excès sont entraînés par les pluies vers les rivières et les lacs. Ils y font proliférer les algues qui, en mourant et en se décomposant, consomment le dioxygène de l'eau : les poissons meurent. C'est l'eutrophisation.
Les hydrocarbures : vidanges de moteurs versées par terre ou dans les caniveaux, fuites de carburant. Un seul litre d'huile usagée forme à la surface de l'eau un film qui empêche les échanges d'oxygène.
4. La pollution des sols
Les sachets et bouteilles en plastique mettent des dizaines, voire des centaines d'années à se dégrader. Ils étouffent les sols, bouchent les caniveaux, sont avalés par le bétail. Les déchets industriels et miniers peuvent aussi polluer les sols : le raffinage de la bauxite en alumine, comme à l'usine de Fria, produit des résidus très basiques appelés « boues rouges », qui doivent être stockés et surveillés. Les piles usagées jetées avec les ordures libèrent des métaux dans le sol.
5. Protéger l'environnement : que faire ?
- Fumées et CO des fourneaux
- Déforestation pour le charbon
- Eau des puits contaminée
- Mercure de l'orpaillage
- Déchets plastiques
- Poussières minières
- Foyers améliorés, cuisson au gaz ou solaire, aération
- Reboisement, économie de combustible
- Latrines éloignées, puits couverts, traitement de l'eau
- Techniques sans mercure, cornues fermées, sensibilisation
- Tri, collecte, réutilisation, recyclage, sacs durables
- Arrosage des pistes, bâchage des camions, végétalisation
Traiter l'eau pour la rendre potable : on applique les techniques de séparation que tu connais. Décantation dans un bassin ; floculation (on ajoute du sulfate d'aluminium, qui rassemble les fines particules en flocons qui tombent au fond) ; filtration sur sable ; désinfection au chlore ou à l'eau de Javel pour tuer les microbes. À la maison, faire bouillir l'eau ou la traiter avec quelques gouttes de solution chlorée, selon les indications des agents de santé, réduit les maladies hydriques.
Recycler les métaux : récupérer l'aluminium des canettes et des marmites, le cuivre des câbles, le fer des carcasses économise des minerais et de l'énergie.
Les gestes de chacun : ne pas brûler les plastiques, ne pas jeter d'ordures dans les caniveaux, ne pas verser l'huile de vidange par terre, entretenir les moteurs, éteindre le fourneau après la cuisson, planter des arbres. La Guinée dispose d'un ministère chargé de l'environnement et d'une réglementation qui encadre les rejets des industries et des mines.
Méthode
Pour analyser un problème de pollution (question d'examen ou exposé) :
- J'identifie la source du polluant (activité humaine ou naturelle).
- J'écris la ou les équations chimiques de sa formation ou de sa transformation.
- Je décris ses effets sur la santé et sur l'environnement.
- Si des données sont fournies, je calcule la quantité rejetée (n = m/M, coefficients de l'équation).
- Je propose au moins deux solutions : une solution technique et un geste individuel ou collectif.
Exemple
Soufre dans un carburant.
Un groupe électrogène consomme 1,0 tonne de gazole contenant 0,5 % de soufre en masse. Quelle masse de SO₂ est rejetée si tout le soufre brûle ? (S : 32 ; O : 16 g/mol)
m(S) = 0,5 / 100 × 1 000 000 g = 5 000 g ; n(S) = 5 000 / 32 = 156,25 mol.
S + O₂ → SO₂ : n(SO₂) = 156,25 mol ; M(SO₂) = 64 g/mol.
m(SO₂) = 156,25 × 64 = 10 000 g = 10 kg de dioxyde de soufre, précurseur de pluies acides.
Solution : utiliser des carburants à faible teneur en soufre et entretenir les moteurs.
3Je retiens
Je retiens
Pollution : introduction dans l'air, l'eau ou le sol de substances nuisibles.
CO : combustion incomplète, très toxique. CO₂ : toute combustion, gaz à effet de serre, réchauffement climatique.
Pluies acides : S + O₂ → SO₂ ; 2SO₂ + O₂ → 2SO₃ ; SO₃ + H₂O → H₂SO₄ ; les oxydes d'azote (NO, NO₂) donnent aussi des acides.
Eau : microbes des eaux usées, mercure de l'orpaillage (vapeurs et poissons contaminés), eutrophisation par nitrates et phosphates.
Sols : plastiques, piles, déchets miniers et industriels.
Eau potable : décantation, floculation, filtration, désinfection (chlore).
Réduire, réutiliser, recycler ; reboiser ; aérer ; ne pas brûler les plastiques.
4Erreurs fréquentes
- Confondre effet de serre et trou de la couche d'ozone : le CO₂ renforce l'effet de serre ; la couche d'ozone est détruite par d'autres gaz.
- Dire que le CO₂ est toxique comme le CO : le CO₂ est surtout un gaz à effet de serre (et il peut asphyxier en milieu confiné), le CO est un poison du sang.
- Penser qu'une eau limpide est forcément potable : elle peut contenir des microbes ou du mercure dissous.
- Croire que brûler les sachets plastiques les fait disparaître sans danger : leur combustion dégage des fumées toxiques.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Pour chaque polluant, indique une source et un effet : monoxyde de carbone ; dioxyde de carbone ; dioxyde de soufre ; mercure ; nitrates.
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- CO : combustions incomplètes (fourneaux, moteurs mal réglés) ; intoxication, empêche le sang de transporter le dioxygène.
- CO₂ : toutes les combustions (charbon, carburants) ; renforce l'effet de serre, réchauffement climatique.
- SO₂ : combustion de carburants soufrés ; pluies acides, irritation respiratoire.
- Mercure : orpaillage artisanal ; intoxication par les vapeurs et par les poissons contaminés, atteinte du système nerveux.
- Nitrates : excès d'engrais ; eutrophisation des cours d'eau et des lacs (mort des poissons).
2Exercice 2
Écris les trois équations qui expliquent la formation d'acide sulfurique dans l'atmosphère à partir du soufre d'un carburant. Cite deux conséquences des pluies acides.
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S + O2 → SO2 ; 2SO2 + O2 → 2SO3 ; SO3 + H2O → H2SO4. Conséquences : corrosion des métaux (tôles, ponts) et des monuments en calcaire ; acidification des sols et des lacs ; dépérissement des forêts.
3Exercice 3
Un taxi consomme 8,0 kg d'essence par jour. On assimile l'essence à l'octane C8H18 (M = 114 g/mol).
a) Équilibre l'équation de combustion complète : C8H18 + … O2 → … CO2 + … H2O.
b) Calcule la masse de CO₂ rejetée par jour.
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a) On équilibre le carbone (8 CO₂), puis l'hydrogène (9 H₂O), puis l'oxygène : 8 × 2 + 9 = 25 atomes O, soit 252 O₂. En multipliant par 2 : 2C8H18 + 25O2 → 16CO2 + 18H2O.
b) n(C8H18) = 8 000114 ≈ 70,2 mol. D'après l'équation, n(CO2) = 8 × n(C8H18) ≈ 561,4 mol. m(CO2) = 561,4 × 44 ≈ 24 700 g, soit environ 24,7 kg de CO₂ par jour.
4Exercice 4
Décris les étapes du traitement de l'eau d'une rivière pour la rendre potable, en nommant pour chacune la technique utilisée et ce qu'elle élimine.
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- Décantation dans un bassin : les particules lourdes (sable, boue) tombent au fond.
- Floculation : on ajoute un floculant (sulfate d'aluminium) qui rassemble les particules très fines en flocons, qui décantent à leur tour.
- Filtration sur lit de sable : elle retient les derniers flocons et particules en suspension.
- Désinfection par le chlore (ou l'eau de Javel) : elle tue les microbes.
L'eau obtenue est limpide et potable ; elle contient encore des sels minéraux dissous (ce n'est pas de l'eau pure, et elle n'a pas à l'être).
5Exercice 5
(Synthèse – rédaction) Ta commune veut lancer une campagne « Quartier propre ». En une quinzaine de lignes, rédige un texte destiné aux habitants qui :
a) explique, avec au moins une équation chimique, pourquoi il ne faut pas brûler les ordures ni utiliser un fourneau à charbon dans une pièce fermée ;
b) propose trois gestes concrets pour réduire la pollution de l'eau et des sols ;
c) montre, avec un calcul simple, l'intérêt d'économiser le charbon de bois (tu peux utiliser : 1 kg de carbone brûlé donne environ 3,7 kg de CO₂).
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(Exemple de rédaction)
« Chers habitants, brûler nos ordures n'est pas une solution. Les sachets plastiques dégagent en brûlant des fumées toxiques, et le feu, souvent étouffé, produit du monoxyde de carbone : 2C + O2 → 2CO. Ce gaz est invisible et sans odeur, mais il empoisonne le sang. Pour la même raison, ne rentrez jamais un fourneau à charbon allumé dans une chambre fermée : quand le dioxygène manque, la combustion devient incomplète et peut tuer pendant le sommeil.
Trois gestes simples protègent notre eau et nos sols : jetons les ordures dans les bacs de collecte et non dans les caniveaux ; ne versons jamais l'huile de vidange par terre ; trions les bouteilles et sachets pour qu'ils soient réutilisés ou recyclés.
Enfin, économisons le charbon de bois : si chaque famille du quartier économise 1 kg de charbon par jour grâce à un foyer amélioré, elle évite chaque jour le rejet d'environ 3,7 kg de CO₂, soit près de 1,35 tonne par an et par famille (3,7 × 365 ≈ 1 350 kg), et elle protège les arbres de nos forêts. Ensemble, gardons notre quartier propre ! »
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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