Valoriser le dioxyde de carbone : une synthèse de documents

Le troisième exercice du bac S 2013 de Nouvelle-Calédonie vaut 5 points et concerne les candidats qui n'ont pas choisi l'enseignement de spécialité. Il prend la forme d'une résolution de type synthèse : deux questions préalables, puis une synthèse argumentée d'environ vingt lignes sur la valorisation du dioxyde de carbone. Le thème, la chimie durable, relevait de l'ancien programme, mais les compétences évaluées restent essentielles : extraire des informations de documents, faire un bilan énergétique, construire une argumentation.

Question préalable 1 : trois pistes pour limiter les émissions

Le barème attend trois pistes réellement distinctes, chacune expliquée en quelques mots. La première consiste à émettre moins à la source, en réduisant le recours aux combustibles fossiles grâce aux économies d'énergie et aux énergies renouvelables. La deuxième est de capter puis stocker le CO₂, dans le sous-sol ou par la végétation, d'où l'intérêt du reboisement. La troisième est de capter puis valoriser le gaz : usage direct comme gaz réfrigérant, ou conversion par hydrogénation en méthanol, en éthanal ou en méthane. Le piège le plus courant est de proposer trois variantes d'une même piste, par exemple trois produits de l'hydrogénation.

Question préalable 2 : le bilan énergétique du méthane

C'est le cœur calculatoire de l'exercice. D'après le document 4, produire 1 m³ de méthane demande 4 m³ de dihydrogène et 1 m³ de dioxyde de carbone, proportions qui reflètent l'équation CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O. L'électrolyse coûte donc 4 × 20,0 = 80,0 MJ, le captage et le stockage 8,0 MJ, l'hydrogénation 7,0 MJ : au total 95,0 MJ dépensés. La combustion du mètre cube de méthane, soit 1,0 × 10³ L à 33,0 kJ par litre, ne restitue que 33,0 MJ. Le bilan est de -62,0 MJ : la combustion ne rend qu'environ 35 % de l'énergie investie.

Deux oublis reviennent souvent : compter 20,0 MJ pour le dihydrogène sans multiplier par quatre, et ne pas convertir les kilojoules par litre en mégajoules par mètre cube. La bonne méthode consiste à lister chaque poste, tout ramener à la même quantité produite et à la même unité, puis comparer par une différence ou un rapport.

La synthèse argumentée

La synthèse doit répondre à une double question : quels sont les enjeux environnementaux, et quel est l'intérêt énergétique de la valorisation du CO₂ ? Le corrigé propose une structure en trois temps. D'abord l'enjeu : selon le document 1, la production mondiale de CO₂ est passée d'environ 9 à 35 gigatonnes par an entre 1960 et 2010, pendant que l'écart de température moyenne augmentait d'environ 0,5 °C. Ensuite les réponses possibles : réduction des émissions, stockage, valorisation ; seulement 0,5 % des émissions sont valorisées aujourd'hui, une part qui pourrait atteindre 5 à 10 %. Enfin la limite énergétique : le bilan déficitaire de la question 2 montre que le procédé n'a de sens qu'avec une énergie renouvelable, comme l'unité japonaise alimentée par le solaire, et avec un CO₂ émis en un lieu fixe.

Un piège de raisonnement mérite l'attention : deux courbes qui montent ensemble montrent une corrélation, pas une causalité. Le lien de cause entre CO₂ et réchauffement vient de l'effet de serre, qu'il faut citer explicitement.

Conseils pour réussir cet exercice

Une bonne synthèse reprend la problématique en introduction, consacre un paragraphe à chaque idée, appuie chaque argument sur un document cité et une valeur chiffrée, et se termine par une conclusion qui répond clairement à la question. Utilisez les deux questions préalables : elles fournissent la matière de la synthèse. Gardez environ vingt minutes pour la rédaction finale.