Valorisation du dioxyde de carbone : ce que demande l'exercice
L'exercice 3 du Bac S 2017 Centres étrangers, noté sur 5 points, est celui de l'enseignement obligatoire. Il présente un projet de captage du dioxyde de carbone émis par une aciérie : des microalgues, cultivées dans un marais salant, absorbent ce gaz grâce à l'énergie solaire. La première partie contrôle la salinité de l'eau par un titrage, la seconde évalue la masse de CO2 absorbable et la confronte à l'objectif de réduction fixé lors de la COP 21.
Les passages clés, question par question
Partie 1 : titrer les ions chlorure de l'eau de mer
Une solution de concentration connue, le nitrate d'argent, est versée progressivement sur l'eau de mer diluée, et la fin de la réaction est repérée par un changement de couleur : il s'agit d'un titrage colorimétrique. Le schéma doit placer la solution titrante dans la burette graduée et la prise d'essai, avec l'indicateur, dans l'erlenmeyer posé sur l'agitateur magnétique.
La question 1.3 demande de comprendre le rôle des ions chromate. Tant qu'il reste des ions chlorure, les ions argent réagissent avec eux. Dès qu'ils sont épuisés, les ions argent réagissent avec les ions chromate et la couleur rouge apparaît : le volume de 11,5 mL est donc le volume équivalent. En 1.4, la relation à l'équivalence C × V = C' × VE donne 5,75 × 10-2 mol/L pour la solution diluée. Il faut ensuite multiplier par 10 pour revenir à l'eau de mer, puis par la masse molaire du chlorure de sodium : on obtient 33,6 g/L. Pour atteindre la concentration optimale de 106 g/L, il faut ajouter environ 72 g de sel par litre.
Partie 2 : de l'énergie solaire à la masse de CO2
La surface de 6000 ha vaut 6,000 × 107 m2. Seuls 5 % de l'énergie solaire reçue servent à la croissance des microalgues, ce qui donne 4,5 × 1013 J par jour. En divisant par l'énergie nécessaire pour transformer une mole de CO2, convertie en joules, on obtient environ 2,6 × 107 mol, soit 1,1 × 109 g, à peu près 1,1 × 103 tonnes par jour.
Question 2.3 : l'objectif est-il atteint ?
Cette question ouverte demande de tout ramener à la même durée. Sur un an, la masse absorbée est d'environ 4,2 × 105 t, soit à peu près 5 % des 8 millions de tonnes émises par l'aciérie. On est loin des 24 % visés. Comme la masse absorbée est proportionnelle à la surface éclairée, il faudrait une surface près de 5 fois plus grande, de l'ordre de 2,8 × 104 ha, ou compléter par d'autres procédés de captage.
Les pièges à éviter
Le premier piège est la dilution : le titrage donne la concentration de la solution diluée dix fois, pas celle de l'eau de mer. Dans la deuxième partie, les conversions sont décisives : hectares en mètres carrés, kilojoules en joules, grammes en tonnes. Comparer une masse journalière à une émission annuelle fausse complètement la conclusion.
Conseils pour réussir
Pour un titrage, suivre toujours la même trame : relation à l'équivalence tirée de l'équation, concentration de la prise d'essai, facteur de dilution, puis passage à la concentration massique. Pour la question ouverte, annoncer la grandeur que l'on va comparer, la calculer, conclure en une phrase et proposer une piste chiffrée. Le corrigé détaillé suit cette démarche pas à pas, avec le bon nombre de chiffres significatifs à chaque étape.