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1 1 L’EAU......................................................................

1 1 L’EAU..................................................................................................................................................................................3 1.1 EAU ET ENVIRONNEMENT................................................................................................................................................3 1.1.1 Lien entre océans et climat.....................................................................................................................................3 1.1.2 Les traceurs chimiques...........................................................................................................................................4 1.1.3 Déterminer la concentration d’un traceur chimique : exemple de la conductimétrie............................................4 1.1.4 L’acidification des océans......................................................................................................................................6 1.1.5 Rôle de l’eau dans la formation des reliefs ............................................................................................................7 1.1.6 Déterminer la concentration des ions carbonate : dosage ou titrage ....................................................................7 1.1.7 Processus chimique de formation des concrétions.................................................................................................8 1.1.8 Les pluies acides.....................................................................................................................................................9 1.1.9 Notion de pH ..........................................................................................................................................................9 1.1.10 Surveillance de l’acidité de l’eau ...........................................................................................................................9 1.1.11 Lutte contre les pluies acides................................................................................................................................10 1.1.12 Constante d’équilibre...........................................................................................................................................10 1.2 EAU ET RESSOURCES .....................................................................................................................................................11 1.2.1 L’eau potable........................................................................................................................................................11 1.2.2 Production d’eau potable.....................................................................................................................................11 1.2.3 Ressources minérales et organiques dans les océans...........................................................................................11 1.3 EAU ET ÉNERGIE............................................................................................................................................................13 1.3.1 Les piles et les accumulateurs ..............................................................................................................................13 1.3.2 La pile à combustible à hydrogène.......................................................................................................................14 1.3.3 Production de dihydrogène ..................................................................................................................................15 2 SON ET MUSIQUE..........................................................................................................................................................17 2.1 INSTRUMENTS DE MUSIQUE...........................................................................................................................................17 2.1.1 Les instruments à cordes ......................................................................................................................................17 2.1.2 Les instruments à vent ..........................................................................................................................................20 2.1.3 Les instruments électroniques ..............................................................................................................................21 2.1.4 Les instruments à percussion................................................................................................................................23 2.2 EMETTEURS ET RÉCEPTEURS SONORES..........................................................................................................................23 2.2.1 Domaine de fréquences audibles..........................................................................................................................23 2.2.2 Sensibilité de l’oreille...........................................................................................................................................23 2.2.3 Microphone et haut-parleur .................................................................................................................................23 2.2.4 Enceintes acoustiques...........................................................................................................................................25 2.2.5 Casque audio........................................................................................................................................................25 2.2.6 Reconnaissance vocale.........................................................................................................................................25 2.3 SON ET ARCHITECTURE .................................................................................................................................................26 2.3.1 Phénomènes liés à la nature ondulatoire du son..................................................................................................26 2.3.2 Auditorium............................................................................................................................................................27 2.3.3 Salle sourde..........................................................................................................................................................28 2.3.4 Le pendule élastique.............................................................................................................................................29 2.3.5 Isolation phonique................................................................................................................................................30 2.3.6 Acoustique active..................................................................................................................................................30 3 MATÉRIAUX ...................................................................................................................................................................31 3.1 CYCLE DE VIE................................................................................................................................................................31 3.1.1 Exemple d’analyse du cycle de vie d’un produit ..................................................................................................31 3.1.2 Corrosion, vieillissement et protection.................................................................................................................31 3.2 STRUCTURE ET PROPRIÉTÉS...........................................................................................................................................31 3.2.1 Conducteurs et supraconducteurs ........................................................................................................................31 3.2.2 Cristaux liquides...................................................................................................................................................31 3.2.3 Semi-conducteurs .................................................................................................................................................33 3.2.4 Cellule photovoltaïque..........................................................................................................................................34 3.2.5 Membranes...........................................................................................................................................................36 3.2.6 Colles et adhésifs..................................................................................................................................................36 3.2.7 Tensioactifs, émulsions, mousses..........................................................................................................................37 3.3 NOUVEAUX MATÉRIAUX ...............................................................................................................................................38 3.3.1 Les nanotubes de carbone ....................................................................................................................................38 3.3.2 Les nanoparticules ...............................................................................................................................................39 3.3.3 Matériaux nanostructurés ....................................................................................................................................40 3.3.4 Matériaux composites...........................................................................................................................................41 3.3.5 Céramiques...........................................................................................................................................................41 3.3.6 Verres ...................................................................................................................................................................41 3.3.7 Matériaux biocompatibles....................................................................................................................................43 2 3.3.8 Textiles innovants.................................................................................................................................................43 3 1 L’eau 1.1 Eau et environnement 1.1.1 Lien entre océans et climat Energie solaire L’énergie solaire reçue par la Terre est inégalement répartie : la zone intertropicale en reçoit autant que le reste de la planète. L’eau des océans qui absorbe ce rayonnement est donc plus chaude dans la zone intertropicale qu’ailleurs. L’air atmosphérique chauffé principalement par la surface de la Terre (le sol et la surface de la mer) est aussi plus chaud dans cette zone. Courants marins de surface L’air chaud de la zone intertropicale se déplace de manière naturelle vers les zones plus froides, générant des vents qui entraînent la surface de l’eau par friction et créent des courants marins de surface. Courants marins de profondeur Les eaux dont la température ou la salinité sont différentes glissent les unes sur les autres. Les plus froides (ou plus salées) sont en bas et les plus chaudes (ou moins salées) sont au-dessus. Les eaux océaniques sont donc globalement stratifiées. Cependant, dans deux régions du globe, il y a formation d’eau profonde : 0 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 0,00 1,00 rayonnement solaire pénétrant l’atmosphère rayonnement solaire au niveau de la mer Emittance spectrale relative longueur d’onde en µm 4 Les courants de surface et les courants de profondeur sont connectés : Les océans ont une masse 300 fois supérieure à celle de l’atmosphère et ils peuvent stocker 1 200 fois plus d’énergie liée à la température. L’atmosphère stocke donc peu l’énergie mais la déplace rapidement à l’inverse des océans. L’énergie stockée par les océans est rendue à l’atmosphère dans des proportions très variables suivant la date et le lieu. Par exemple en hiver près des côtes, ce qui explique le climat tempéré des zones océaniques. 1.1.2 Les traceurs chimiques Des espèces chimiques sont transportées naturellement par l’eau (par exemple les ions Na+ et Cl−). D’autres espèces sont d’origine humaine. Si ces espèces sont utilisées pour étudier le mouvement de l’eau, on les appellent des traceurs chimiques. On peut utiliser le fait que les traceurs chimiques soient présents ou non dans l’eau, mais aussi leur concentration. 1.1.3 Déterminer la concentration d’un traceur chimique : exemple de la conductimétrie Electrolyte On appelle électrolyte toute substance qui, introduite dans un solvant liquide, va diminuer la résistance électrique de ce liquide. Ce phénomène est dû à la présence d’ions. Le déplacement de ces ions, parmi les molécules d’eau, constitue le courant électrique dans une solution. Conductimétrie La conductimétrie consiste à mesurer une grandeur électrique d’une solution d’électrolyte et à en tirer des renseignements sur la composition de la solution. Conductance d’une solution ionique, G La tension et l’intensité du courant électrique aux bornes d’une cellule conductimétrique, plongée dans une solution d’électrolyte, sont proportionnelles : .U G I = d’après Broecker et Ifremer 5 G est la conductance de la portion de solution dans la cellule. Par analogie avec la loi d’Ohm, on constate que G représente l’inverse d’une résistance électrique G = 1 / R Méthode de mesure de la conductance La mesure de cette conductance s’effectue en appliquant une différence de potentielle aux bornes de deux électrodes identiques et inattaquables plongeant dans la solution. L’ensemble de ces deux électrodes constitue la cellule conductimétrique. Pour éviter les réactions d’oxydoréductions aux électrodes (comme dans une électrolyse), on utilise une tension de haute fréquence, ce qui empêche les processus chimiques de s’initier. Grandeurs d’influence La conductance d’une portion de solution dépend de la température et de l’état de surface des électrodes, de la surface « S » des électrodes, de la distance « L » entre elles, de la nature et de la concentration de la solution. Conductivité d’une solution ionique, σ La conductance est liée aux grandeurs d’influence S et L par la relation : G = σ . S / L Courbe d’étalonnage σ = f(c) L’idée est de mesurer la conductivité d’une solution ionique, de plus en plus concentrée, en prenant soin de fixer toutes les autres grandeurs d’influence. Exemple La courbe d’étalonnage ci-dessus suggère que pour des concentrations inférieures à 10 mmol. L-1, la conductivité « σ » d’une portion de solution ionique est proportionnelle à la concentration molaire « c » en soluté : .c k G = « k » est une constante dans les conditions de l’expérience. Méthode d’étalonnage Cette méthode est réalisée en plusieurs étapes : - à partir d’une solution mère contenant les ions X+ et Y− à une concentration molaire en soluté connue, réaliser les dilutions nécessaires pour obtenir des solutions filles de concentrations molaires connues. - mesurer la conductivité de chaque solution fille (en prenant soin de fixer toutes les grandeurs d’influence autres que la concentration de la solution entre deux mesures). 0,00 1,00 2,00 3,00 σ (mS.cm-1) c (mmol.L-1) 0,0 2,0 4,0 6,0 6 - tracer la courbe d’étalonnage σ = f (c) représentant les variations de la conductivité en fonction de la concentration du soluté. - mesurer la conductivité d’une solution S contenant les ions X+ et Y− à une concentration inconnue. - déterminer la concentration molaire inconnue de cette solution S par une méthode graphique : Exemple Limite de la méthode d’étalonnage La solution de concentration inconnue doit contenir exactement les mêmes ions que la solution mère préparée. Contribution d’un ion à la conductivité d’une solution ionique Notons λ (appelée conductivité molaire ionique) la contribution d’un ion à la conductivité d’une solution ionique, on a : ∑λ = σ i i i ] .[X avec [Xi] en mol. m -3 Exemple conductivité d’une solution de chlorure de magnésium σ (Mg2+ + 2Cl−) = λ (Mg2+).[Mg2+] + λ (Cl−).[Cl−] Comparaison des conductivités molaires ioniques Les ions H3O+ et OH− (aq) ont des conductivités molaires ioniques nettement supérieures à celles d’autres ions. 1.1.4 L’acidification des océans Un gaz peut se dissoudre dans l’eau. C’est vrai pour le dioxyde carbone : CO2 + H2O = CO2, H2O La réaction mise en jeu s’effectue dans les deux sens. Pour cette raison, l’écriture de l’équation a été modifiée en remplaçant la flèche → par un symbole symétrique = Le dioxyde carbone dissous dans l’eau est un acide, c’est à dire une espèce chimique capable de céder un proton H + (qui s’associe ensuite à une molécule d’eau pour former l’ion oxonium H3O+) : CO2, H2O + H2O = − 3 HCO (aq) + H3O+ L’ion hydrogénocarbonate − 3 HCO est aussi un acide : − 3 HCO (aq) + H2O = − 2 3 CO (aq) + H3O+ Une partie du dioxyde de carbone issu de la combustion des énergies fossiles est stocké dans les océans sous forme d’ions hydrogénocarbonate − 3 HCO et carbonate − 2 3 CO . Les ions oxonium H3O+ libérés participent à l’acidification des océans. 0,00 0,50 1,00 1,50 σ (mS.cm-1) c (mmol.L-1) 0,0 2,0 4,0 6,0 valeur de la concentration molaire (initialement inconnue) de la solution S 7 1.1.5 Rôle de l’eau dans la formation des reliefs Le calcaire, la craie et le marbre sont formés principalement de carbonate de calcium CaCO3 qui est un solide ionique. Le carbonate de calcium se dissout dans l’eau suivant l’équation : CaCO3 = Ca2+ (aq) + − 2 3 CO (aq) (1) La solubilité du carbonate de calcium dans l’eau est très uploads/Geographie/ cours-spe-terminale-s.pdf