Document 1 : Les courants océaniques

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1 Compétences travaillées : Savoir extraire, exploiter et organiser des informations Mobiliser ses connaissances Analyser un résultat expérimental La salinité d une eau traduit sa teneur en solides ioniques dissous. C est une grandeur physico-chimique dont la valeur est précieuse pour les océanographes et les climatologues. Sa valeur se détermine par une mesure de conductivité. Document 1 : Les courants océaniques La densité de l eau de mer dépend de sa température et de sa salinité ; c est-à-dire de sa concentration en sels dissous. Dans l Arctique, les eaux liquides de surface deviennent froides et chargées en sel : leur densité est élevée. Elles plongent en profondeur et sont entraînées vers le sud. Sous les tropiques de l océan indien, la température de ces eaux augmente et elles remontent à la surface. Ce phénomène crée un vaste courant des eaux de profondeur appelé circulation thermohaline et qui joue un rôle important dans la régulation du climat en transportant de l énergie sous forme de chaleur. Pour mieux connaître ces courants, les chercheurs ont souvent à mesurer la salinité et la température des eaux de mer. Document 2 : Composition d une eau de mer

2 Document 3 : Masse volumique de l eau en fonction de la température pour différentes salinité Document 4 : Répartition globale de la salinité des eaux de surface Q1. Qu appelle-t-on densité d un liquide? Donner la densité de l eau pure à 25 C. La densité de l eau de mer est-elle supérieure ou inférieure à celle de l eau pure à la même température? Q2. De quels facteurs dépend la densité de l eau de mer? Comment varie-t-elle avec eux? Q3. Expliquer pourquoi les eaux de surface se chargent en sel lorsqu elles atteignent l Arctique. Comment expliquer leur plongée en profondeur? Q4. Proposer un protocole permettant de déterminer expérimentalement la densité d un liquide : dresser une liste du matériel nécessaire et réaliser les schémas de la manipulation. E5. Déterminer la densité de l eau de mer d Abu Dhabi à 25 C. Q6. A quelle famille d élément chimique appartient l élément chlore Cl ; l élément sodium Na. Donner leur configuration électronique et en déduire les formules des ions stables qu ils forment. Q7. A quel pourcentage massique ionique correspondent les ions chlorure et sodium dans l eau de mer? Peut-on modéliser l eau de mer par une solution de chlorure de sodium en première approximation? Q8. Expliquer les valeurs élevées des salinités au niveau de la mer méditerranée ou de la mer rouge et les valeurs faibles au niveau de l Arctique.

3 CONTEXTE DU SUJET En pleine expansion, le dessalement de l'eau de mer apporte une solution aux régions côtières victimes de la sécheresse. Mais tous les procédés sont gourmands en énergie, et non sans risque pour le milieu marin environnant. Le premier risque vient du sel. En Méditerranée occidentale par exemple, la salinité naturelle de l'eau de mer se situe entre 37 et 38 grammes par litre g/l, alors que la salinité du concentré osmotique peut atteindre les 70 g/l. Or, en Espagne, des études menées en laboratoire et sur le terrain par l'équipe de José Luis Sánchez-Lizaso, de l'université d'alicante, 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 la structure de la plante ont été observés à des taux de salinité d'à peine 39,1 g/l et sur sa vitalité dès 38,4 g/l. La forte teneur en sel du concentré rejeté avec l'osmose inverse risque donc de porter préjudice aux bancs de Posidonia classés habitat prioritaire par la directive européenne pour la conservation des habitats de la faune et de la flore. Une recommandation préconise d'éviter les rejets dans cet écosystème ou de respecter rigoureusement les seuils de salinité. [ ] La recherche numéro spécial par Sabine Lattemann dans mensuel n 421 Vous disposez, sur la paillasse, de l eau salée prélevée à la sortie de l usine de dessalement de Prat del Llobregat, près de Barcelone. Le but de cette épreuve est de vérifier si cette solution conviendra aux Posidonia oceanica DOCUMENTS MIS A DISPOSITION DU CANDIDAT Document 1. Notions de conductimétrie - Une solution ionique, aussi appelée électrolyte, est conductrice de l'électricité. La présence d'ions, chargés électriquement, assure le caractère conducteur de la solution. - La conductimétrie est une méthode d analyse qui permet de mesurer les propriétés conductrices d'une telle solution. - La conductivité d une solution est une grandeur physico-chimique qui dépend de la nature et de la concentration des ions présents. Elle se mesure en siemens par mètre S.m -1 ou sous-multiples. L appareil de mesure de la conductivité est le conductimètre couplé à une cellule de conductimétrie :

4 Réaliser une mesure : - Connecter la cellule de mesure au conductimètre. Allumer le conductimètre. La cellule de conductimétrie doit être maintenue verticale à l aide d un statif et d une pince - Rincer la cellule à l eau distillée et essuyer délicatement sa partie externe à l aide d un papier absorbant par capillarité - Plonger la cellule dans la solution étalon : solution de chlorure de potassium (K + (aq) ; Cl - (aq)) à une concentration précise, agiter quelques instants et régler la valeur affichée à celle noté sur le flacon de solution étalon (calibre immédiatement supérieur à la valeur lue) à l aide du bouton de réglage. - Retirer la cellule, la rincer et l essuyer - Plonger la cellule dans la solution, attendre que la valeur se stabilise et faire la mesure Document 2. Matériel mis à disposition du candidat Balance au centième de gramme fioles jaugées de 100,0 et 50,0 ml avec bouchon pipettes jaugées de 5,0 ml, 10,0 ml et 20,0 ml Pipettes graduées de 5 ml verrerie classique gamme de 6 solutions étalon de chlorure de sodium de concentrations massiques respectives : 2, ; 1, ; 1, ; 5, ; 2, ; 1, mol.l -1 à fabriquer à partir d une solution mère à c 0 = 5, mol.l -1 elle-même à fabriquer par dissolution. conductimètre + solution étalon ordinateur avec un tableur-grapheur «atelier scientifique» de Jeulin Pissette eau distillée (vraie) Sel (solide) flacon contenant l eau salée de Prat del Llobregat On supposera que les conductivités mesurées dans cette épreuve sont dues exclusivement à la présence en solution des ions chlorure et des ions sodium. TRAVAIL À EFFECTUER Données : M (Na) = 23,0 g.mol -1 et M (Cl) = 35,5 g.mol Nécessité de procéder à une dilution À partir de la problématique posée et des documents fournis, justifier la nécessité de diluer l eau salée de Prat del Llobregat si l on veut pouvoir procéder à son dosage par étalonnage, en utilisant la conductimétrie... APPEL FACULTATIF Appeler l examinateur en cas de difficulté.

5 2. Préparation de solution par dissolution On désire préparer une solution mère (S 0 ) de chlorure de sodium (Na + (aq), Cl - (aq)) à la concentration molaire en espèces apportées : c 0 = 5, mol.l -1. Proposer un protocole expérimental pour préparer cette solution (S 0 ) puis le mettre en œuvre... APPEL N 1 Appeler l examinateur pour lui présenter votre protocole ou en cas de difficulté. 3. Préparation de solutions étalon par dilution A partir de cette solution mère, on désire préparer les solutions filles suivantes : Solution fille Volume final à préparer (ml) Concentration molaire (mol.l -1 ) Volume V 0 à prélever (ml) (S 1 ) V 1 = 50,0 ml c 1 = 2, mol.l -1 (S 2 ) V 2 = 50,0 ml C 2 = 1, mol.l -1 (S 3 ) V 3 = 100 ml C 3 = 1, mol.l -1 (S 4 ) V 4 = 100 ml C 4 = 5, mol.l -1 (S 5 ) V 5 = 100 ml C 5 = 2, mol.l -1 (S 6 ) V 6 = 100 ml C 6 = 1, mol.l -1 Déterminer le volume de solution mère V 0 à prélever (détailler le calcul pour une seule solution attribuée par le professeur), rappeler le protocole expérimental permettant de fabriquer cette solution... APPEL N 2 Appeler l examinateur pour lui présenter votre protocole ou en cas de difficulté. Réaliser cette dilution.

6 4. Élaboration du protocole de dosage et réalisation En utilisant le matériel disponible et toutes les solutions étalon, proposer un protocole permettant de déterminer la concentration massique en chlorure de sodium de l eau salée de Prat del Llobregat. Le protocole devra préciser les mesures qui seront réalisées ainsi que leur exploitation. APPEL N 3 Appeler l examinateur pour lui présenter votre protocole ou en cas de difficulté. Réaliser le protocole. 5. Exploitation des mesures 5.1. Déterminer la concentration massique en chlorure de sodium de l eau salée de Prat del Llobregat Conclure et commenter Défaire le montage et ranger la paillasse avant de quitter la salle.