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2008-BTS136-NOR-ME-RE 1/14 SESSION 2008 France métropolitaine - Réunion BREVET

2008-BTS136-NOR-ME-RE 1/14 SESSION 2008 France métropolitaine - Réunion BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR AGRICOLE ÉPREUVE TERMINALE N° 2 ÉPREUVE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE Option Gestion et maîtrise de l’eau Durée : 4 heures _____________________________________________________________________________________ Matériel(s) et document(s) autorisé(s) : Calculatrice Rappel : Au cours de l’épreuve, la calculatrice est autorisée pour réaliser des opérations de calcul, ou bien élaborer une programmation, à partir des données fournies par le sujet. Tout autre usage est interdit. _____________________________________________________________________________________ Le sujet comporte 14 pages Les annexes A, B, C et D sont à rendre avec la copie _____________________________________________________________________________________ SUJET La transposition des études réalisées sur Le Laizon, rivière normande coulant au sud de Caen, à un contexte hydrotechnique fictif, offre l’opportunité du questionnement relatif à l’analyse : • du bassin versant du Laizon Question A (8 points) • d’une exploitation agricole Question B (6 points) • du traitement de l’eau Question C (6 points) • du système hydraulique Question D (20 points) Le barème porte sur 40 points 2008-BTS136-NOR-ME-RE 2/14 QUESTION A Étude du bassin versant du Laizon Le Laizon est une rivière normande, coulant au sud de Caen, qui se jette dans la Dives, fleuve côtier. Il a un cours de 39 km. Son bassin versant couvre une superficie de 155 km2. Il occupe un plateau calcaire, parfois recouvert de plaquages de limons d’origines variées, dont le relief tabulaire est entaillé par de rares cours d’eau et de nombreuses vallées sèches. L’altitude du plateau est proche de 200 m près des contreforts du massif Armoricain, situés au sud ouest de la zone étudiée. Elle diminue progressivement en direction de la mer pour atteindre environ 20 m à l’entrée des marais de la Dives, au nord de la zone. Ces marais sont situés sur des terrains marneux et argileux. Un suivi de la qualité physico-chimique des eaux du Laizon a été réalisé sur l’année 2004. La qualité biologique des eaux du Laizon a été évaluée le 24 juin 2004. Les observations réalisées ont mis en évidence une présence significative de plécoptères. La note de qualité biologique, établie d’après la méthode IBGN, est de 17/20. Elle indique une bonne qualité biologique. A.1 Compléter l’annexe A (Bilan hydrique). A.2 Commenter le tableau ainsi complété. A.3 Citer les deux critères pris en compte pour établir une note IBGN. A.4 Exposer les conséquences de la présence de MES sur l’ensemble des paramètres présentés au document 1. A.5 Décrire les courbes, présentées au document 1, de l’évolution de la MES et celle de l’évolution des phosphates. A.6 Identifier la cause du pic de MES observé en février 2004. A.7 Indiquer, en justifiant la réponse à l’aide de l’ensemble des données fournies au document 1, si la note IBGN du 24 juin 2004 est cohérente avec la qualité physico-chimique de l’eau du Laizon. A.8 Justifier, à l’aide de l’annexe A et du document 1, l’affirmation suivante : « des phénomènes d’érosion hydrique peuvent être observés au niveau du bassin versant du Laizon ». Préciser à quelle époque de l’année ce risque est maximal pour le bassin versant du Laizon. QUESTION B Étude d’une exploitation agricole Une exploitation agricole de 80 ha se répartit de part et d’autre du Laizon le long des légères pentes de ses versants. L’agriculteur exploite, de manière conventionnelle, par blocs parcellaires. Pour la campagne 2005-2006, la répartition des cultures est donnée dans le document 2. Les passages d’engins agricoles sont fréquents. Dans cette zone, les cultures de lin et pois sont des cultures semées au printemps alors que le blé est une culture implantée au cours de l’automne. La majeure partie de ces sols est située sur les limons éoliens, le reste sur des sols argilo-calcaires superficiels. B.1 Identifier, en les expliquant, les facteurs aggravant les risques de ruissellement et d’érosion hydrique sur ces parcelles. B.2 Proposer, en vous aidant éventuellement de schémas, des solutions adaptées à cette exploitation pour diminuer le risque d’érosion hydrique sur les différentes zones. 2008-BTS136-NOR-ME-RE 3/14 QUESTION C Étude du traitement de l’eau L’usine de potabilisation produit en moyenne 300 m3.h-1 d’eau et contribue à l’alimentation des deux syndicats de communes. Pour l’alimenter, on prélève de l’eau superficielle dont les principales caractéristiques figurent dans le tableau ci-après. Cations mg.L -1 Anions mg.L -1 Calcium (Ca2+) 62 Carbonate ( - 2 3 CO ) 0 Magnésium (Mg2+) 5,8 Hydrogénocarbonate ( - 3 HCO ) 209 Sodium (Na+) 10,9 Chlorure (Cl-) 15,5 Potassium (K+) 3,1 Sulfate ( - 2 4 SO ) 9 Ammonium ( + 4 NH ) 0 Nitrate ( - 3 NO ) 4,5 Concentration totale des cations en meq.L –1 4,13 Concentration totale des anions en meq.L –1 ? Légende : ‘?’ donnée non fournies. Caractéristiques de l’eau brute Le procédé de traitement de l’usine prévoit notamment : une préchloration, à l’aide de dichlore gazeux (à un taux de traitement de 1 mg.L-1) et une coagulation/floculation. Les méthodes de physico-chimie appliquées suivent les normes de l’AFNOR. Pour l’étape de coagulation-floculation, l’usine d’eau potable utilise comme coagulant un sel d’aluminium : le sulfate d’aluminium Al2(SO4)3 à une concentration de 2,5 × 10-4 mol.L-1. Le pH du milieu est ajusté avec le lait de chaux. Le précipité d’hydroxyde d’aluminium Al(OH)3 n’apparaît que dans un certain domaine de pH et son produit de solubilité vaut Ks = 10-33 (à la température considérée). Nota : Masses molaires Élément H C N O Na Mg S Cl K Ca Masse molaire (g.mol -1) 1,0 12 14 16 23 24,3 32 35,5 39 40 Données relatives aux réactions chimiques de coagulation-floculation : Al2(SO4)3 (s) 2Al3+ (aq) + 3 SO4 2- (aq) Al 3+(aq) + 3 HO - (aq) Al(OH)3 (s) Ks = [Al3+] [HO-]3 Ke = [H3O+] [HO-] = 10-14 à la température considérée C1 Étude de l’eau brute Vérifier la balance ionique de cette eau, en détaillant les calculs pour les anions. C.2 Étude de la préchloration C.21 Citer le rôle chimique de la préchloration. Citer des substances présentes dans cette eau sur lesquelles le dichlore peut agir. C.22 Écrire l’équation électronique relative au couple Cl2 / Cl -, en indiquant l’oxydant et le réducteur. Préciser pour chacune des deux espèces le nombre d’oxydation. C.23 Calculer la masse horaire de dichlore gazeux nécessaire à la préchloration. H2O 2008-BTS136-NOR-ME-RE 4/14 C.3 Étude de la coagulation/floculation C.31 Calculer le pH d’apparition du précipité d’hydroxyde d’aluminium sachant que l’introduction du coagulant apporte des ions aluminium à une concentration [Al3+] = 5,0 × 10-4 mol.L-1. C.32 Calculer pour un pH = 5,5 la concentration résiduelle en ions Al3+ dans l’eau. QUESTION D Étude du système hydraulique L’annexe B représente le schéma de principe du système hydraulique desservant deux syndicats de communes. Ce sous-système étudié est composé : - de deux réservoirs (R1 ; R2) reliés entre eux par une canalisation EFGH. Les deux communes sont desservies à partir des points F et G (dessertes non étudiées). - d’une station de reprise approvisionnée par l’usine de potabilisation (partie hydrotechnique non étudiée). Cette station est équipée de deux électropompes identiques (EP1 et EP2). Elles approvisionnent le réservoir R1 à partir du réservoir de reprise (R0). Le nombre d’électropompes en fonctionnement dépend du niveau du réservoir R1. Ce fonctionnement prend en compte trois niveaux dans le réservoir : le niveau bas (nb), niveau moyen (nm) et niveau haut (nh). À l’étape initiale, les deux électropompes sont à l’arrêt ; un équipement (dc) autorise le départ du cycle de fonctionnement. - de conduites dont les caractéristiques dimensionnelles connues figurent dans le tableau ci-après. Conduite Longueur (m) Diamètre intérieur (mm) CD 3200 150 EF 1000 125 FG 500 125 GH 500 125 Remarques et consignes : • Les pertes de charge totales seront calculées impérativement à l’aide de la formule suivante : j= 1,21 Q1,89 D-5,01 L avec j : perte de charge totale en m ; L : longueur de la conduite en km ; Q : débit en m3.s-1 ; D : diamètre intérieur en m. • Toutes les conduites sont de même nature. • Les pertes de charge entre les électropompes et les points B et C seront négligées. • Négliger le terme 2 U 2.g dans l’expression de la charge hydraulique par rapport à la cote piézométrique. • Toutes les cotes (ex : 215,00) sont rattachées au Niveau Géographique Français (ex : 215 m NGF) • Considérer : - que la cote du niveau d’eau dans le réservoir de reprise R0 est constante. - que les cotes des niveaux des réservoirs peuvent varier entre znb et znh. • Prendre pour : - l’accélération de la pesanteur (g) : 9,81 m.s-2 ; - la masse volumique de l’eau (ρ) : 1 000 kg.m-3 ; 2008-BTS136-NOR-ME-RE 5/14 D.1 Analyse du fonctionnement de la partie gravitaire lorsqu’il n’y a pas de desserte aux points F et G. (4 points) D.11 Calculer la pression relative en F lorsque les deux réservoirs sont à la même cote 212 m NGF (niveau moyen : nm). Exprimer le résultat en Pa. D.12 Calculer le débit maximal d’alimentation du réservoir R2 à partir du réservoir R1.. D.2 Étude du uploads/Industriel/2008-bts-gemeau-et2-fr-reunion.pdf