Sciences physiques Stage n. L eau. Au cœur de votre métier, mais pas que. C.F.A du bâtiment

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Thérèse Boutin
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1 Sciences physiques Stage n L eau Au cœur de votre métier, mais pas que C.F.A du bâtiment Ermont 1

Plombier ou chauffagiste, l eau est au cœur de votre métier. Par ailleurs, l eau est vitale pour notre santé, pour notre alimentation, pour notre agriculture, pour nos activités.

2 Plombier ou chauffagiste, l eau est au cœur de votre métier. Par ailleurs, l eau est vitale pour notre santé, pour notre alimentation, pour notre agriculture, pour nos activités. Elle est également vitale pour tous les autres êtres vivants. La répartition de l eau et l accès à cette ressource vitale dans de bonnes conditions ne sont pas égalitaires : c est la raison de bien des malheurs, la source de bien des conflits, passés ou à venir. Votre formation aura permis de compléter vos connaissances et votre culture concernant l eau, aussi bien en technologie qu en histoire-géographie. Ce dossier vient compléter toutes ces connaissances essentielles en apportant un point de vue scientifique. Le cycle de l eau sur Terre 2

3 L eau est présente sur 70% de la surface de la Terre et il ne fait aucun doute aujourd hui sur le fait que les êtres vivants terrestres tous! - sont sur des branches de la vie qui proviennent de l eau : des êtres vivants dans de l eau de mer ont évolué sur des millions d années pour finir tout à fait adaptés à une vie terrestre. Les humains ne font pas exception, et on en trouve des traces encore aujourd hui, après ces millions d années L eau est le constituant principal du corps humain : les deux-tiers de notre corps est de l eau! Notre corps fabrique des fluides dont la composition, par certains côtés, n est pas si éloignée de la composition de l eau de mer : nos larmes en sont l exemple le plus spectaculaire. Nous ne pouvons vivre sans eau, tout au moins, pas plus de trois jours. C est bref! 3

L eau est un corps chimique composé des éléments oxygène et hydrogène, de formule

L'eau pure se trouve naturellement dans les trois états physiques : solide, liquide

A pression atmosphérique : Température de fusion: 0 C Température d'ébullition :

4 L eau est un corps chimique composé des éléments oxygène et hydrogène, de formule chimique H 2 O. Une molécule d eau Apparence: liquide incolore, inodore et insipide. L'eau pure se trouve naturellement dans les trois états physiques : solide, liquide ou gazeux, en fonction de la température et de la pression. A pression atmosphérique : Température de fusion: 0 C Température d'ébullition : 100 C Question : quand on fait bouillir de l eau, de quoi sont faites les bulles qui remontent à la surface? 4

5 La masse volumique de l eau est de 1 kg/l. Cette valeur valable à température et pression ambiantes - peut varier si la température ou la pression changent. Pour rappel : 1 kg/l correspond à 1t/m 3, ou encore à 1g/cm 3. L eau est prise pour référence dans le calcul des densités de solides ou de liquides, ce qui fait que sa densité vaut d = 1 (plus de détails dans le dossier sur ces grandeurs). Air 0,0013 kg/l Liège 0,2 kg/l Flotte dans l eau, donc remonte sous forme de bulles Flotte dans l eau, donc remonte Eau 1 kg/l Béton 2,5 kg/l Alu 2,7 kg/l La masse volumique de la glace est inférieure à 0,95 kg/l. Du coup, la glace flotte. Mais attention : c est une exception dans la nature! La règle, c est l inverse : un corps à l état solide est plus dense que dans son état liquide. Acier 7,5 kg/l Coulent dans l eau Cuivre 8,9 kg/l Plomb 11,3 kg/l 5

Attention : ce n est pas parce qu une eau est limpide, transparente, potable, qu elle est pure.

6 L eau est un puissant solvant : elle ne dissout pas tout, mais tout de même un grand nombre de solides et de gaz. Ainsi, l eau est rarement pure, et quand elle l est, elle ne le reste jamais très longtemps! Si elle trouve un solide ou un gaz soluble à dissoudre, elle le fait immédiatement. Attention : ce n est pas parce qu une eau est limpide, transparente, potable, qu elle est pure. Ce qui est dissout ne se voit pas forcément Le calcaire dissout dans l eau L oxygène dissout dans l eau Une eau minérale n est pas pure heureusement! La dissolution dans l eau laisse le volume du mélange inchangé, mais pas sa masse : par exemple, l eau de mer est plus lourde que l eau douce, puisque du sel y est dissout : il ajoute sa masse au mélange, sans faire changer le volume. Toutefois, l eau ne peut pas dissoudre un corps en quantité illimitée : il arrive un moment où cette eau est saturée, et où tout nouvel apport à dissoudre ne se dissout plus. Néanmoins, la capacité de dissolution de l'eau augmente avec la température : chaude, l eau dissout une plus grande quantité, et plus vite. Remarque : pour connaitre dans le détail les normes à respecter pour l eau du robinet, voir : 6

Le ph de l eau pure est 7, son caractère est donc neutre. Pour une eau du robinet, une eau minérale, une eau naturelle, le ph dépendra de ce qui est dissout dedans.

7 Le ph de l eau pure est 7, son caractère est donc neutre. Pour une eau du robinet, une eau minérale, une eau naturelle, le ph dépendra de ce qui est dissout dedans. Et de même pour toutes les solutions aqueuses («mélanges liquides à base d eau»). Il faut savoir que pour la distribution d eau : une eau acide favorise la corrosion des tuyaux, une eau basique (ou alcaline) favorise l entartrage. L eau du robinet doit avoir un ph compris entre 6,5 et 9. Pour rappel, le ph mesure la teneur en deux ions : l ion hydrogène H + (tendance acide), l ion Hydroxyde OH (tendance basique) Remarque : l ion hydrogène peut aussi s appeler «proton». Voyez-vous pourquoi? 7

La dureté - appelée aussi TH (pour Titre Hydrotimétrique) - mesure la minéralisation de l eau, c'est-à-dire

il y a le f (degré Français), mais il y a aussi le mg/l de CaCO 3 et d autres encore.

8 La dureté - appelée aussi TH (pour Titre Hydrotimétrique) - mesure la minéralisation de l eau, c'est-à-dire sa teneur en calcaire et en sels minéraux dissouts (et en particulier, l ion calcium Ca 2+ et l ion magnésium Mg 2+ ). Par définition, donc, le TH de l eau pure vaut 0 f Attention aux unités pour le TH, c est un peu glissant : il y a le f (degré Français), mais il y a aussi le mg/l de CaCO 3 et d autres encore. Dureté et métier: Dureté et géographie : Une eau dure rend l entartrage des tubes plus rapide, et par ailleurs, elle nécessite plus de savon pour laver. Son avantage, c est surtout de bien rincer. Pour l eau douce, c est le contraire. 8

9 Dans l eau, on peut également trouver certains ions indésirables, considérés comme des polluants. Il s agit principalement des trois ions suivants : - L ion nitrite NO 2 - L ion nitrate NO 3 2- L ion sulfate SO 4 => le seuil à ne pas dépasser est de 0,5 mg/l. => le seuil à ne pas dépasser est de 50 mg/l. => le seuil à ne pas dépasser est de 250 mg/l. Les agences régionales de santé doivent assurer l information des populations en cas de dépassement des seuils ci-dessus pour l eau distribuée. Il s agit d une règle importante de protection de la santé des consommateurs. L origine de ces pollutions est humaine : eaux usées, élevages, engrais pour l agriculture,... Remarque : ces polluants peuvent bien entendu être présents dans les bouteilles d eau 9

Comme c est de la matière, l eau est sujette aux échanges de

liquide et gazeux) aux effets du rayonnement : (états solide,

10 Comme c est de la matière, l eau est sujette aux échanges de chaleur. Plus précisément, elle est sujette : aux effets de conduction : (états solide, liquide et gazeux) aux effets de convection : (états liquide et gazeux) aux effets du rayonnement : (états solide, liquide et gazeux) Si vous mettez une casserole d eau liquide sur le feu en plein soleil, vous avez en œuvre ces trois effets en même temps! 10

11 Eau et échange de chaleur, quelques rappels (voir aussi le dossier dédié) : Capacités : c s = 1850 J/kg. K c l = 4185 J/kg. K c g = 2060 J/kg. K Enthalpies : L f = J/kg L v = J/kg Conductivité thermique : 0,6 W/m. K Question: on considère une masse m = 1kg d eau. Qu est-ce qui demande le plus d énergie classez les propositions suivantes de celle qui demande le plus d énergie (1) à celle qui en demande le moins (8): Chauffer un glaçon d eau de 1 C => J => Chauffer de l eau liquide de 1 C => J => Chauffer de la vapeur d eau de 1 C => J => Chauffer de la vapeur d eau de 10 C => J => Chauffer de la vapeur d eau de 100 C => J => Chauffer de la vapeur d eau de 1000 C => J => Faire fondre cette eau => J => Faire passer cette eau à l état de vapeur => J => Pour ceux qui pensent que ces questions n ont pas d importance 11

12 Regardons maintenant le comportement de l eau vis-à-vis des ondes sonores... Les sons, c'est-à-dire les ondes sonores, sont un déplacement de matière qui se propage d autant plus vite que la matière dans laquelle ils se propage est rigide et incompressible. Question : relier par des flèches le vide et les matières à gauche avec leur vitesse de propagation du son à droite : Air Acier Eau liquide Vide PVC 0 m/s (pas de son) 340 m/s 1480 m/s 2000 m/s Plus de 5000 m/s Pour finir en couleurs, le spectre de propagation de la lumière dans l eau en fonction de sa profondeur : 0 12

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