B08-AD_Les pluies acides - leprof

Activité
Documentaire 8
Les pluies acides
Depuis les années 1950, on observe une forte augmentation de l'acidité des eaux de pluie dans
diverses régions industrielles du monde.
Document 1 : Une définition des pluies acides
Les pluies acides » est un terme utilisé pour décrire toute forme de précipitation acide (pluies, neige,
grêles, brouillard...).
Deux types de polluants, le dioxyde de soufre et les oxydes d'azote, sont les principales causes des
pluies acides. Ces polluants s'oxydent dans l'air pour former de l'acide sulfurique et de l'acide nitrique,
ou leurs sels*. On les retrouve dans les nuages et les précipitations, parfois à des milliers de kilomètres
de leur point d'émission (d'où la notion de pollution transfrontière à longue distance).
Ceci concourt à des dépôts acides et à l'acidification accrue des pluies par rapport à celles résultant de
la seule présence de gaz carbonique dans l'air (le pH « naturel » d'une pluie est de l'ordre de 5,6).
D'après le site www.ademe.fr * Composés ioniques formés de cations et d'anions.
Document 2 : La formation des acides dans l'air
Le dioxyde de soufre dans l'atmosphère provient essentielle ment de la combustion de sources
d'énergie fossile contenant du soufre.
Le soufre émis dans l'atmosphère est oxydé par l'oxygène atmosphérique pour former du dioxyde de
soufre SO2, lui même oxydé pour former du trioxyde de soufre SO3. Le trioxyde de soufre réagit enfin
avec l'eau pour former de l'acide sulfurique H2SO4.
Les émissions d'oxyde d'azote NOx (NO et NO2) sont d'origine naturelle (volcans, bactéries...) et
surtout anthropique (combustion de sources d'énergie fossile). La température très élevée dans les
chambres de combustion des moteurs entraîne l'oxydation du diazote atmosphérique par l'oxygène de
l'air en monoxyde d'azote. Ce dernier est oxydé par le dioxygène de l'air pour former du dioxyde
d'azote, qui réagit ensuite avec l'eau pour former l'acide nitrique et du monoxyde d'azote
Quelques exemples de pluies acides
• En 1979, le pH de précipitations tombées à Wheeling,
en Virginie, est mesuré à 1,5.
• En 1982, le brouillard prélevé à Corona del Mar, en
Californie, a un pH de 1,7.
Quelques pKa à 25 °C
Couple
H3O+ (aq)/H2O (l)
HSO4- (aq)/SO42- (aq)
CO2 (aq), H2O (l)/HCO3- (aq)
HCO3- (aq)/CO32- (aq)
H2O (l)/HO- (aq)
pH
Truite
Perche
Grenouille
Salamandre
Mollusque
Langouste
Escargot
Éphémère
6,5
6,0
5,5
pKa
0,0
1,9
6,4
10,3
14,0
5,0
4,5
Forêt dévastée par les pluies acides en
République Tchèque.
4
pH de survie de diverses espèces aquatiques
D'après le site www.epa.gov
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Document 6 : Effets des pluies acides
Les pluies acides endommagent les forêts et empoisonnent sols, lacs et rivières.
Dans un premier temps, si le pouvoir tampon des eaux qui reçoivent ces pluies est suffisant, les ions
carbonate et bicarbonate (appelés aussi ions hydrogénocarbonate) qu'elles renferment neutralisent
l'apport acide sans que leur acidité naturelle ne varie. Mais si les apports acides sont trop importants ou
que leur pouvoir tampon est trop faible, leur acidité peut augmenter brutalement.
Lorsqu'elle est suffisante (pH inférieur à 5),1'acidification des eaux met en solution des sels
d'aluminium contenus dans des silicates, comme les argiles, et dont la solubilité croît rapidement avec
l'acidité du milieu (pour un pH supérieur à 6, l'aluminium n'est pas soluble dans l'eau). Or, très
toxiques, ces sels perturbent la photosynthèse des végétaux et la biologie des organismes aquatiques.
D'autres métaux toxiques, comme le cadmium et le plomb, jusque-là bloqués dans les sédiments, sont
également libérés.
Si l'acidité augmente encore (pH inférieur à 4), les vertébrés et la plupart des invertébrés et des microorganismes sont détruits. Seules quelques algues et quelques bactéries survivent.
D'après le site www.cnrs.fr/eau
Méthodes de lutte
L'ajout de chaux vive CaO(s) (chaulage) permet de rétablir le pH des eaux de lacs
et de rivières. Après réaction avec l'eau, la chaux vive donne de la chaux éteinte
Ca2+ (aq) + 2 HO- (aq).
Extraire et exploiter des informations
Définition et causes des pluies acides
1.1- Qu'appelle-t-on pluie acide ?
1.2- Une pluie dont le pH est 5,6 peut-elle être qualifiée d'acide au sens chimique
du terme ? en terme d'environnement ?
2- À quoi est due la légère acidité normale d'une eau de pluie ?
Écrire l'équation de dissociation de l'acide.
3- Quels sont les principaux gaz responsables de l'acidité importante de certaines pluies ?
4.1- Écrire les équations de formation de l'acide sulfurique et de l'acide nitrique.
4.2- Ces deux acides sont forts. Qu'est-ce que cela signifie ? Conséquences et remèdes
5.1- Quelle devrait être la concentration d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique pour que son pH
soit égal à celui des précipitations tombées en 1979 à Wheeling ?
5.2- Quelles précautions doit-on prendre pour manipuler une telle solution ?
6-Quelles sont les espèces aquatiques qui survivraient dans une eau dont la concentration est
1,6.10-5 mol.L-1 ?
7.1- Que signifie « pouvoir tampon des eaux» ?
7.2- Quels ions en sont responsables ?
8- Expliquer, notamment en écrivant une équation chimique, la neutralisation possible de l'acidité due
à l'ion hydrogénosulfate HSO4- (aq) par les ions carbonate CO32- (aq).
9- Pourquoi répandre de la chaux vive dans un lac ?
Pour conclure
10- Pourquoi et comment les pluies acides se forment-elles ?
11- Quels sont les mécanismes naturels ou les remèdes contre l'acidité des pluies ?
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Presque toutes les espèces chimiques participent à des cycles et circulent entre l'atmosphère,
l'hydrosphère, la pédosphère, etc. Ces transferts s'accompagnent de pollutions souvent dues, aux
activités humaines. Comment les échanges d'eau, et donc d'espèces solubles dans l'eau, se font-ils?
Document 1 : Émissions soufrées
Document 2
L'atmosphère, l'hydrosphère, la
lithosphère et la biosphère sont
des réservoirs de soufre. Dans
l'atmosphère, les émissions
d'espèces soufrées peuvent être
naturelles ou anthropiques.
Parmi ces espèces, le dioxyde
de soufre est majoritaire.
Acidité des pluies
Extrait de C. BLIEFERT et R. PERRAUD,
Chimie de l'environnement :
Air, eau, sols, déchets, De Boeck, 2009.
Document 3 : Réactions chimiques
Le dioxyde de soufre, SO2(g), est présent dans l'atmosphère en grandes quantités.
L'activité volcanique ou les processus biologiques produisent du sulfure de dihydrogène, H2S(g). Les
océans émettent du sulfure de diméthyle, (CH3)2S, du sulfure de carbonyle, SCO, ou du disulfure de
carbone, CS2. Ils peuvent tous être oxydés en dioxyde de soufre.
La dissolution du dioxyde de soufre dans l'eau produit de l'acide sulfureux, H2SO3(aq). Cet acide réagit
avec l'eau pour former des ions hydrogénosulfite, HSO3- (aq). Ces derniers réagissent avec l'eau pour
conduire aux ions sulfite, SO32-(aq).
Le dioxyde de soufre peut aussi être oxydé en trioxyde de soufre. La dissolution du trioxyde de soufre
produit de l'acide sulfurique, H2SO4(aq), qui réagit avec l'eau pour donner des ions hydrogénosulfate,
HSO4- (aq); ces derniers réagissent avec l'eau pour former les ions sulfate SO42-(aq).
L'oxydation du dioxyde de soufre produit aussi des ions sulfate.
Document 4 : Acido-basicité
Un acide, HA, est une espèce chimique capable de céder au moins un proton, H+. II réagit avec l'eau
selon la réaction acido-basique : HA(aq) + H2O
(l) A-(aq) + H3O (aq)
Document 5 :Carottages glaciaires
Les mesures réalisées dans les carottes glaciaires au Groënland ont montré une diminution de la
concentration en sulfates dans l'hémisphère Nord depuis le début des années 80. Cela reflète les
mesures prises par certaines nations pour limiter les émissions industrielles de dioxyde de soufre.
D'après V. MASSON-DELMOTTE et J. CHAPPELLAZ,
Au coeur de la glace, les secrets du climat n, La Météorologie, n° 37, mai 2002.
Analyse et synthèse
1- Écrire les équations de toutes les réactions citées dans le document 3.
2.1- Que sont les émissions anthropiques de dioxyde de soufre? En évaluer le pourcentage.
2.2- Pourquoi ces émissions tendent-elles à décroître?
3- @ Quels gaz azotés et quel acide chloré participent à la formation des pluies acides?
4- Bilan Comment les échanges entre les différentes zones de la Terre contribuent-ils à la formation
des pluies acides? Quelles peuvent être les conséquences des pluies acides?
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Document 5 : Le pH de l'eau de pluie se situe naturellement entre 5,6 et 6,5.
Quelle est l'influence des polluants gazeux sur le pH des précipitations ?
L'éruption du volcan islandais Eyjafjöll en 2010 a rejeté dans l'atmosphère des quantités importantes de
dioxyde de soufre SO2, un des responsables des pluies acides.
« Les pluies acides sont néfastes pour les vitraux, constitués de verre potassique. En effet, la taille des
ions potassium et celle des ions H3O+, à l'origine du caractère acide de l'eau de pluie, sont très
semblables et donc ces ions peuvent s'échanger mutuellement. Après la pluie, les verres sèchent,
s'échauffent et il s'ensuit une microfracturation de la surface du verre, augmentant la surface de
réaction ce qui accélère encore les phénomènes. Les alcalins remontant à la surface forment des
sulfates et des carbonates blanchâtres qui opacifient le vitrail et dans certains cas noircissent avec la
pollution, rendant l'œuvre illisible
D'après P. Colomban, La revue de la céramique et du verre, n° 148, mai juin 2006.
Dans un moteur thermique, la combustion du carburant provoque la formation d'eau, de dioxyde de
carbone et de polluants, comme le monoxyde de carbone (CO) et le monoxyde d'azote (NO), qui est un
précurseur des pluies acides. Son élimination repose sur sa réduction par le monoxyde de carbone en
présence d'un catalyseur, constitué de rhodium, de platine et de palladium, déposé sur la surface interne
du pot d'échappement :
catalyseur
2 CO(g) + 2 NO(g)
2 CO2(g) + N2(g)
1- Quelles sont les sources des polluants gazeux responsables des pluies acides ?
2- Le dioxyde d'azote (NO2) réagit avec l'eau pour former l'acide nitrique (HNO3), un acide fort, et du
monoxyde d'azote. Écrire l'équation de la réaction de formation de l'acide nitrique.
3- Expliquer la formation des ions H3O+ à l'origine de la dégradation des vitraux.
4- Expliquer la formation des dépôts blanchâtres sur les vitraux.
5- Quel est le rôle du catalyseur utilisé dans les pots catalytiques ?
6- Que penser des gaz produits au cours de la réduction du monoxyde d'azote ?
Rédiger une synthèse
7- Comment expliquer la dégradation par les pluies acides des façades de bâtiments en calcaire, de
formule CaCO3 ?
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