Une eau contaminée est-elle potable ? Dosage du paranitrophénol

Cet exercice de spécialité, noté sur 5 points et prévu pour environ 50 minutes, se présente sous la forme de deux questions préalables suivies d'une résolution de problème. Des étudiants analysent une eau destinée au continent américain, susceptible de contenir du paranitrophénol (PNP), un polluant. L'eau a été concentrée cent fois par évaporation, puis mélangée à une solution tampon avant la mesure d'absorbance. Il faut conclure sur la potabilité au regard des normes européenne, américaine et brésilienne.

Question préalable 1 : sous quelle forme se trouve le PNP ?

Toutes les solutions mesurées sont tamponnées à pH 10,4, au-dessus du pK_a de 7,2 : la forme basique prédomine. Le rapport des concentrations vaut 10^3,2, environ 1,6 × 10³. Le piège consiste à répondre « sous forme aqueuse » : la question porte sur la forme acide ou basique du couple. Le tampon garantit que toutes les solutions contiennent la même espèce absorbante ; sans lui, l'étalonnage ne serait plus valable.

Question préalable 2 : pourquoi une radiation visible ?

Il faut lire le spectre de la forme basique, celui obtenu à pH 10. Il présente un maximum vers 405 nm, avec une absorbance d'environ 0,37, dans le domaine visible ; dans l'ultraviolet, vers 300 à 320 nm, cette forme absorbe très peu. Se placer à 400 nm, près du maximum, rend la mesure plus sensible et réduit l'incertitude relative. La forme acide, elle, absorbe surtout dans l'ultraviolet et moins fortement : travailler en milieu basique et dans le visible est doublement avantageux.

Résolution de problème : la démarche complète

La démarche suit cinq étapes. D'abord, les concentrations des solutions étalons, par conservation de la masse lors de la dilution : 1,0 ; 2,0 ; 3,0 ; 5,0 et 7,5 mg/L. Ensuite, la droite d'étalonnage passe par l'origine : la loi de Beer-Lambert est vérifiée, avec un coefficient de 0,1275 L/mg. Pour l'absorbance mesurée de 0,570, on trouve 4,47 mg/L dans la solution S'. Il faut alors remonter deux dilutions : S' est deux fois moins concentrée que S, et S cent fois plus concentrée que l'eau E. On obtient 8,9 × 10^-2 mg/L, soit 89 µg/L. L'incertitude relative sur l'absorbance, 1,8 %, donne environ 2 µg/L : C_E = (89 ± 2) µg/L.

Conclusion et regard critique

L'analyse étant faite aux États-Unis, le seuil pertinent est celui de l'EPA, 60 µg/L : l'eau n'est pas potable, même en tenant compte de l'incertitude. Elle respecterait la norme brésilienne mais dépasse très largement la norme européenne. Un regard critique est valorisé : l'absorbance mesurée est à l'intérieur de la gamme d'étalonnage, le blanc est fait avec le tampon, et la température d'ébullition élevée du PNP rend plausible l'absence de perte pendant l'évaporation.

Pièges et conseils

Les erreurs les plus fréquentes sont l'oubli de l'une des deux dilutions et la confusion entre mg/L et µg/L. Annoncez votre démarche dès le début, numérotez les étapes et concluez par une phrase claire : le correcteur évalue autant le raisonnement que le résultat.