Aurélie 08/09/11
 

 

   L'eau et les nitrates, le défit énergétique, l'oeil : physique bac ES, L. 




Résultats d'analyse de l'eau d'un village ( document 1).
Paramètre Valeur limite de qualité référence de qualité
ammonium NH4+ <0,04 mg/L < 0,1 mg/L
Bact.aér.revivifiables
à 22°- 68 h
0 n/ mL
Bact.aér.revivifiables
à 36°- 44 h
0 n/ mL
bactéries et spores
sulfito-résidu / 100 mL
0 n / 100 mL < 0 n / 100 mL
bactéries coliformes
/ 100 mL-MS
0 n / 100 mL < 0 n / 100 mL
carbone organique total 1,5 mg/L C < 2 mg/L C
chlore libre <0,10 mg/L Cl2
chlore total 0,10 mg/L Cl2
coloration < 5 mg/L Pt < 15 mg/L Pt
conductivité à 25°C 421 µS / cm > 200 et <1100 µS / cm
entérocoques / 100 mMS 0 n /100 mL < 0 n /100 mL
eschérichia coli / 100 mMS 0 n /100 mL < 0 n /100 mL
fer total <20 µg / L <200 µg / L
nitrate NO3- 65 mg / L < 50 mg / L
nitrite NO2- <0,02 mg / L <0,5 mg / L
odeur ( qualitatif ) 0 qualit
température de l'eau 10,0 °C < 25 °C
titre alcalimétrique < 1,0 °F
titre alcalimétrique complet 6,8°F
titre hydrotimétrique
pH 8,05 unité pH >6,5 et < 9 unité pH

Ministère chargé de la santé : Résultats des analyses du contrôle sanitaire des eaux destinées à la consommation humaine.
Questions.
Le maire de ce village a émis un avis déconseillant provisoirement la consommation de l’eau du robinet. A l’aide des documents et de vos connaissance, justifiez l’avis émis par le maire.
Le taux d’ions nitrates ( 65 mg/L ) est supérieur à la limite de qualite ( 50 mg / L ). Le critère de potabilité concernant les nitrates n'étant pas respecté, il est déconseillé de boire cette eau.



Document  2 : Devenir des engrais dans l’environnement dans une exploitation maraîchère

D’après  banque de schémas SVT académie de DIJON




Document 3 : Quantité  de nitrates restant dans le sol après la récolte en fonction de la dose d’azote apportée à la culture
L'azote est un élément fertilisant fort important mais il est également potentiellement polluant car son utilisation peut conduire à une accumulation de nitrates dans les sols. Une expérimentation a été réalisée au Québec dans une ferme produisant des pommes de terre. Les résultats calculés à partir des données de 2004, 2005 et 2006 sont reportés sur le graphique ci-dessous :


Document 4 : Rendement relatif d’un champ de pommes de terre en fonction de la dose d'azote appliquée lors de la plantation.

Question :
Montrez  comment l’apport d’azote par les agriculteurs peut être source de pollution de l’eau. Votre réponse prendra en compte notamment les interactions entre le sol et les nitrates en termes d’échanges d’ions.
Si de fortes pluies se produisent après l'épandage excessif d'engrais azotés, une partie de ces derniers, très solubles, sont entraînés par les eaux de ruisellement dans les cours d'eau ;  une autre partie  de l'eau contenant ces nitrates peut s'infiltrer dans les sols et gagner les nappes aquifères.

  Un agriculteur du village  utilise  175 kg/ha d’azote pour ses cultures de pommes de terre. Développez une argumentation pour le convaincre de diminuer cet apport d’azote aux cultures
Le rendement, la dose résiduelle de nitrate dans le sol augmentent avec la quantité d'engrais  azotés apportés. Augmenter la quantité d'engrais ne fait pas croître indéfiiment le rendement ( il atteint une valeur maximale vers 100 kg /ha d'azote, puis diminue ensuite ), mais par contre augmente la dose résiduelle de nitrate dans le sol, ces derniers n'étant pas entierement assimilés par la plante.
D'autre part le surcoût d'une dose massive d'engrais ne compense pas forcément le revenu tiré d'un meilleur rendement.



Le défi énergétique.

Document 1 : La crise nucléaire, chance difficile à saisir pour l'énergie renouvelable

« Les énergies renouvelables représentaient 12,7% de la production mondiale d’énergie en 2006. Selon Observ’ER (l'observatoire des énergies renouvelables), la production électrique d’origine renouvelable a atteint 18,6% de la production mondiale d'électricité. Elle est couverte à 89% par l’hydraulique et à 5,7% par la biomasse, le reste se partageant entre l’éolien (3,5%), la géothermie (1,7%) et le solaire (0,2%). L’Amérique du nord est le premier producteur d’électricité renouvelable avec 21,8% de la production, suivie de l’Europe de l’ouest (19,3%), de l’Asie de l’est et du sud-est (19,2%) et de l’Amérique du sud (19%). En 2007, la production d’électricité éolienne a augmenté de 20000 MWh* pour atteindre 94000 MWh*. Pour le photovoltaïque, la hausse a été de 50% par rapport à 2006, pour atteindre 12400 MWh*.
Les États-Unis ont affiché la plus forte progression devant la Chine et l'Espagne. Cependant, la Commission européenne prévoit que la part des énergies renouvelables dans la consommation mondiale d’énergie va décroître de 13% à 8% entre 2000 et 2030, ce qui signifie que la consommation mondiale d’énergie croîtra plus vite que la production d’énergie renouvelable…/...
Les énergies renouvelables émettent des gaz à effet de serre dans des proportions très inférieures aux énergies fossiles. Mais l'un des principaux problèmes de la production d'électricité à partir de l'énergie éolienne et solaire est qu'elle n'est pas continue, sans capacité de stockage.
Cela rend les grosses usines et autres constructeurs automobiles moins intéressés par l'utilisation du solaire et de l'éolien actuellement. Et il n'est pas faisable de n'utiliser que ces deux techniques pour alimenter en courant une ville ou une région ayant besoin d'électricité en permanence.
Les énergies renouvelables, dont le coût est l'un des principaux inconvénients, peuvent donc difficilement se développer sans soutien gouvernemental. » 

*MWh: Mégawatt heure

Site internet: good planet.org 
Document 2
«  L’énergie ne se produit pas, elle est transformée. Cette transformation s’accompagne d’un dégagement de chaleur. Ainsi dans l’ampoule qui m’éclaire, l’énergie électrique est transformée en lumière et chaleur. On ne peut donc transformer intégralement l’énergie en une autre forme d’énergie. »
Site internet : palais-découverte.fr
A l’aide du document 1 et de vos connaissances :
 
Relevez les ressources d’énergie citées et classez-les en ressources énergétiques renouvelables et non renouvelables en justifiant votre choix.
Les combustibles fossiles et l'uranium : ces énergies ne se renouvellent plus de nos jours. Elles se sont formés à une période très ancienne ; elles sont consommées de nos jours : donc elles s'épuisent.
 Une énergie renouvelable n'entame pas les réserves énergétiques terrestres. Le solaire, l'hydraulique, l'éolien, la biomasse, la géothermie sont des énergies renouvelables.
Identifiez les avantages et les inconvénients de l’utilisation des deux types d’énergie évoqués.
Les énergies renouvelables, contrairement aux combustibles fossiles, n'émettent pas de gaz à effet de serre et ne contribuent pas au réchauffement global.
Par contre la production d'électricité à partir du soleil et du vent n'est pas constante. Les énergies renouvellables ont un coût encore très élevé, comparé à l'utilisation de combustibles fossiles. 
Cochez la bonne réponse
La puissance électrique éolienne est, en 2007 de 20000  MWh. ( une puissance s'exprime en watt ou MW)
           L’énergie électrique éolienne est, en 2007 de 20000  MWh. ( ce nombre correspond à l'augmentation de l'éolien )
           La puissance électrique éolienne est, en 2007 de 94000  MWh. ( une puissance s'exprime en watt ou MW)
          L’énergie électrique éolienne est, en 2007 de 94000 MWh. Vrai.
Cochez le schéma correct de la chaîne énergétique étudiée







L'oeil.

L’image ci-dessous représente ce que perçoit un individu âgé de 50 ans au moment où,  installé dans son jardin, il s’apprête à consulter un livre. Jusqu’ alors sa vision n’avait jamais présenté de défaut.

Au cours de la consultation, son ophtalmologue lui explique que son problème est dû  à une :
            Cochez uniquement la réponse exacte.
       Perte de souplesse du cristallin ( vrai )
        Détérioration des photorécepteurs rétiniens
        Opacification du cristallin
        Détérioration du nerf optique.

Les cônes (dont il existe trois types) et les bâtonnets sont des photorécepteurs rétiniens dont les propriétés déterminent la vision du monde.
Pour réaliser le graphique ci dessous, les photorécepteurs ont été exposés à des longueurs d'ondes différentes. Pour chaque longueur d'onde, le photorécepteur a été soumis d'abord à une intensité lumineuse très faible, puis de plus en plus forte (mesurée en lux). Le graphique représente l'intensité lumineuse minimale pour laquelle le photorécepteur réagit.
Intensité minimale de stimulation des photorécepteurs en fonction de la longueur d'onde.

D’après cette étude, on peut dire que :
Dans chaque proposition, cochez vrai ou faux 
    
 seuls les bâtonnets sont stimulés dans un endroit très peu éclairé   vrai ( 1 lux vers 500 nm)      
les cônes  sont stimulés quelle que soit l’intensité de l’éclairement   Faux ( une intensité minimale de 100 lux est nécessaire )
Les bâtonnets présentent une sensibilité maximale dans le bleu et le rouge.
Faux  ( vers 500 nm, le bleu cyan) 
chaque type de cône possède une sensibilité maximale  pour une couleur donnée
  vrai ( cône 1 : 450 nm ; cône 2 : 580 nm ; côe 3 : 540 nm )                                                                                                            

                                                                                                                        



On a identifié le neurotransmetteur naturel impliqué dans la communication entre les neurones des voies visuelles. Il s'agit d'une molécule dont le nom est « sérotonine » et que l’on a  représentée ci-dessous fixée à son récepteur neuronal. Par ailleurs, on connait une drogue, le LSD ("acide"), caractérisée par une puissante action hallucinogène. Il  provoque des visions artificielles ou des altérations de la perception visuelle.


Les informations présentées sur ces documents, permettent de penser que l’effet hallucinogène du LSD provient de :
Dans chaque proposition, cochez vrai ou faux
 sa formule chimique identique à celle de la sérotonine faux.
sa structure spatiale en partie similaire à celle de la molécule de sérotonine vrai.
sa possibilité de se substituer à la sérotonine au niveau de la membrane du neurone aboutissant au cortex visuel vrai.
sa possibilité de traverser la membrane du neurone aboutissant au cortex visuel faux.




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