Énergie thermique des mers : doser les nitrates et chiffrer le CO₂ évité

Cet exercice est réservé aux candidats ayant suivi l'enseignement de spécialité physique-chimie. Noté sur 5 points, prévu pour environ 50 minutes, il s'intéresse au projet NEMO, une station qui exploite la différence de température entre l'eau de surface et l'eau profonde. La première partie est un dosage spectrophotométrique classique des ions nitrate ; la seconde est un problème ouvert qui demande de comparer les rejets de dioxyde de carbone de NEMO et d'une centrale au fuel.

Partie 1 : le dosage des ions nitrate

La question 1.1 porte sur le réglage du spectrophotomètre à 415 nm. Les solutions sont jaunes : elles absorbent la couleur complémentaire, le violet, et 415 nm se situe dans le violet. On mesure donc près du maximum d'absorption, là où la précision est la meilleure. Dire que la solution absorbe le jaune est le contresens à éviter.

En 1.2, le chauffage de l'échantillon réduit le volume d'un facteur 10 sans changer la quantité d'ions nitrate : la concentration est multipliée par 10. L'absorbance, 0,37, devient assez grande pour être mesurée correctement et se placer dans le domaine de la gamme d'étalonnage.

La question 1.3 rassemble l'essentiel des calculs. La solution mère, préparée avec 160 mg de nitrate d'ammonium dans 1,00 L, a une concentration de 2,00 × 10⁻³ mol/L. La conservation de la quantité de matière lors de la dilution donne ensuite les concentrations des solutions filles, de 1,0 × 10⁻⁴ à 8,0 × 10⁻⁴ mol/L. La droite d'étalonnage passe par l'origine, conformément à la loi de Beer-Lambert ; on y reporte l'absorbance de l'échantillon pour lire 2,7 × 10⁻⁴ mol/L. Le piège majeur est d'oublier de diviser par 10 : l'eau de mer contient environ 2,7 × 10⁻⁵ mol/L d'ions nitrate, ce qui confirme l'ordre de grandeur annoncé.

Partie 2 : le bilan de dioxyde de carbone

Le problème ouvert se traite en trois temps. D'abord, la centrale au fuel de 10,7 MW produit en un an environ 9,37 × 10⁷ kWh ; à 890 g de CO₂ par kWh, cela représente environ 8,34 × 10⁴ tonnes de CO₂. Ensuite, la station NEMO pompe environ 1,04 × 10¹² L d'eau profonde par an. Une partie du CO₂ en excès dans cette eau est consommée par la matière vivante, à raison de 6,8 mol par mole d'ions nitrate ; le reste, environ 1,8 × 10⁻⁵ mol par litre, est libéré dans l'atmosphère, soit environ 840 tonnes par an. Enfin, la différence montre que NEMO éviterait le rejet d'environ 8,3 × 10⁴ tonnes de CO₂ par an.

L'erreur classique consiste à croire qu'une station ETM ne rejette rien. Le commentaire attendu souligne que NEMO émet environ cent fois moins qu'une centrale au fuel de même puissance, ce qui en fait une option intéressante sur le plan environnemental.

Conseils pour réussir

Dans un problème ouvert, annoncez votre plan, travaillez en kWh pour utiliser directement la donnée en grammes par kWh et gardez un chiffre de plus dans les calculs intermédiaires. Pour le dosage, vérifiez votre lecture graphique par le calcul à partir d'un point de la droite. Le corrigé détaille toutes ces étapes.