Acidification des océans : bac S Nlle Calédonie 2013
 


Moules et huitres menacées par l'acidification des océans.
Depuis le début de l'ère industrielle, les émissions anthropiques (1) de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère ont fortement augmenté...
F. Gazeau et ses collègues dont J P Gattuso, ont examiné la réponse des huitres et des moules cultivées en France à l'acidification des océans. Les résultats publiés dans la revue Geophysical Research Letters, sont sans appel : ils montrent pour la première fois que ces mollusques seront directement affectés par le boulversement en cours de  la composition chimique de l'eau de mer. Au delà de leur intérêt commercial, les moules et les huitres rendent  des services écologiques très importants : elles créent par exemple des habitats permettant l'installation d'autres espèces,  contrôlent en grande partie les flux de matière et d'énergie et sont d'importantes proies pour les oiseaux au sein des écosystèmes qui les abritent. Un déclin de ces espèces aurait donc des conséquences graves sur la biodiversité des écosystèmes côtiers et sur les services qu'elles rendent aux populations humaines.
(1) anthropiques : lié aux activités humaines.
D'après http:// www2.cnrs.fr/presse/communique/1054.htm et http://www.sciences.gouv.fr/fr/actualites/bdd/res/2555/moules-et-huitres-menacees-par-l-acidification-des-oceans/
Acidification des océans.

La courbe 1 représente la concentration en dioxyde de carbone dans l'atmosphère exprimée en ppmv ( partie par million par volume) n'est qu'une indication de l'évolution de cette concentration psans souci d'échelle.
Afin de comparer le contenu en CO2 de l'atmosphère et de l'eau de mer, on définit la pression de CO2 dans l'océan : pCO2 = [CO2] / ß où ß est le coefficient de solubilité du CO2.
Que peut-on dire des courbes ci-dessus ?
La concentration en CO2 dans l'atmosphère et la pression pCO2 dans les océans augmentent de la même manière depuis une vingtaine d'années. En conséquence le pH des océans a diminué de 0,1 unité pH durant cette période.


Document 2 : loi de henry.
La dissolution d'un gaz dans l'eau obéit à la loi de Henry selon laquelle à température constante, la concentration C du gaz dissous est proportionnelle à la pression partielle p qu'exerce ce gaz au dessus du liquide.
A chaque instant un pourcentage constant des molécules du gaz dissous dans la phase liquide repasse à l'état gazeux et s'échappe du liquide mais dans le même temps le même pourcentage des molécules de ce gaz passe en solution. Lorsque les deux flux se compensent,l'équilibre de saturation est atteint, soit pour le dioxyde de carbone :
CO2(g) = CO2(aq).
Document 3 : réactions d'équilibre des espèces carbonées.
CO2(aq) + 2H2O(l) = H3O+aq + HCO3-(1).
HCO3-+ H2O(l) = H3O+aq + CO32-(2).
Montrer qu'une augmentation de la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère conduit à une diminution du pH de l'eau.
L'augmentation du dioxyde de carbone dans l'atmosphère déplace l'équilibre
CO2(g) = CO2(aq) dans le sens direct.
CO2(aq) augmentant, l'équilibre (1) est déplacé dans le sens direct ; il en est de même pour l'équilibre (2).
En conséquence la quantité d'ion oxonium
H3O+aq croît et le pH de l'eau des océans diminue.
Montrer qu'une diminution du pH de 0,1 au voisinage de 8,1, représente une augmentation de la concentration en ion oxonium d'environ 30 %.
Concentration initiale  ( en 1990) en ion oxonium dans l'eau de mer : C1 = 10-8,1 =7,94 10-9 mol/L.
Concentration actuelle en ion oxonium dans l'eau de mer : C2 = 10-8,0 =1,0 10-8 mol/L.
C2 -C1 =2,01 10-9 mol/L soit 2,01 10-9 /(7,94 10-9 ) =0,26 ( 26 %).

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Le carbone dans les océans.
Le carbone est principalement présent dans les océans sous trois formes qui coexistent : l'ion carbonate
CO32-, l'ion hydrogénocarbonate HCO3- et l'acide carbonique H2CO3aq. Ce dernier instable en solution s'écrit CO2aq + H2O(l). On note Ka la constante d'acidité associée au couple acide /base AH / A-. On peut montrer que pH = pKa + log ( [A-] / [AH]). Soient Ka1 et Ka2 les constantes associées aux équilibre (1) et (2) ci-dessus. On pose CT = [CO2aq] +[HCO3-aq] +[CO32-aq].
 Le diagramme suivant représente les variations en fonction du pH des rapports : a1
[CO2aq] /CT, a2[HCO3-aq] /CT, a3[CO32-aq] /CT.
En déduire pKa1 et pKa2.
pH = pKa + log ( [A-] / [AH]) conduit à pH = pKa si  [A-] = [AH].


Placer sur un diagramme les domaines de prédominances des espèces carbonées.

Evaluer a1, a2 et a3 dans les océans.

La variation de pH observée a-t-elle modifiée de manière notable la valeur de a2.
Non, car la courbe a2 = f(pH) présente un maximum très arrondi au voisinage de pH=8.
Réaction de dissolution du carbonate de calcium.
En présence d'un excès de dioxyde de carbone, le carbonate de calcium CaCO3(s) se dissout suivant l'équation :
CaCO3(s) +CO2aq +H2O =Ca2+aq + 2HCO3-aq. (3).
Quelle est la conséquence de l'augmentation du dioxyde de carbone dissous pour les organismes marins qui ont une coquille à base  de carbonate de calcium ? Justifier.
En présence d'un excès de dioxyde de carbone, l'équilibre (3) est déplacé dans le sens direct, dissolution du carbonate de calcium.
La coquille des organismes marins va devenir plus fine et plus fragile.




Etude du mouvement du satellite IBUKI.
Ce satellite lancé en 2009 étudie les gaz à effet de serre
de l'atmosphère qui contribuent à l'effet de serre. Il tourne autour de la terre suivant une trajectoire circulaire qui passe au dessus des pôles à l'altitude z = 667 km
Masse de la terre M =5,98 1024 kg ; rayon terrestre R = 6,38 103 km ; masse du satellite m = 1,75 103 kg.
Représenter, sans souci d'échelle, la terre, le satellite et la force d'interaction gravitationnelle exercée par la terre sur le satellite supposé ponctuel.

Calculer la valeur de la période T de rotation du satellite autour de la terre.
Le satellite décrit la circonférence 2p(R+z) à la vitesse v en T seconde.
v = [6,67 10-11 *5,98 1024 /(6,38 106 +667 103)]½ =7,5234 103 m/s.
T = 6,28(
(6,38 106 +667 103)  / (7,5234 103)= 5,88 103 s ou 1 h38 min.




  

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