SCT-4064-2 Les matières résiduelles

Le phosphore est particulièrement présent dans les roches. Les phénomènes naturels d’érosion permettent son introduction dans les systèmes biologiques. Après la décomposition des déchets biologiques, il peut s’accumuler en grandes quantités dans les sols et les sédiments. L’activité humaine produit un effet sur le cycle du phosphore, qu’il s’agisse de l’épandage d’engrais et de fertilisants ou encore des détergents et des lessives phosphatées des divers effluents domestiques et industriels.

Décrire des transformations liées à la circulation du phosphore (ex.: érosion des roches, dégradation des engrais).

La lithosphère renferme une grande variété de ressources minérales essentielles au développement des sociétés, par exemple des métaux, des minéraux industriels ou des matériaux de construction. L’exploitation et la transformation des minéraux ne sont cependant pas sans conséquence pour l’environnement. La contamination par les composés organiques persistants ou les métaux lourds est susceptible de modifier les propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols et d’avoir des effets sur leur fertilité. La pollution des sols varie également en fonction des apports atmosphériques engendrés par les activités industrielles et agricoles. De plus, les ressources y sont présentes en quantités limitées, d’où l’intérêt croissant pour la revalorisation des matières résiduelles et pour le recyclage en général.Certaines pratiques de l’agriculture ou de l’exploitation forestière réduisent la capacité des sols à favoriser la croissance d’une végétation saine. Des coupes abusives exposent davantage les sols susceptibles d’érosion et appauvrissent la couche arable, faite de minéraux et de micro-organismes et indispensable au maintien du sol. La capacité tampon d’un sol exprime son potentiel à limiter les variations de pH et lui permet de différer les conséquences d'une contamination. La mesure de cette capacité fournit un indice de la fertilité du sol. Par exemple, l’acidification graduelle due aux précipitations réduit progressivement la capacité tampon et entraîne la mise en circulation de nutriments ou de métaux lourds.

Nommer des contaminants du sol.

Définir ce qu’est l’épuisement des sols.Expliquer comment des activités humaines contribuent à l’épuisement des sols.

Définir la capacité tampon d’un sol comme étant sa capacité à limiter les variations de pH.Expliquer les avantages d’un sol ayant une bonne capacité tampon.

Un milieu aquatique devient pollué lorsque son équilibre est modifié de façon durable soit par l’apport d’une grande quantité de substances toxiques, soit par l’élévation de la température des eaux. Lorsque les polluants s’accumulent, ils provoquent la raréfaction des espèces fragiles, altèrent leurs capacités physiologiques ou encore détériorent la qualité de l’eau au point de la rendre impropre à la consommation. D’autres agents polluants, comme les plastiques, les métaux et certains pesticides, ne sont pas biodégradables ou le sont très peu; ces substances nuisent aux espèces vivantes qui les ingèrent. Les effets des divers polluants sur les milieux aquatiques dépendent de la nature et de la concentration du polluant ainsi que des caractéristiques de l’écosystème aquatique. Par exemple, une concentration excessive de phosphates ou de nitrates peut entraîner la prolifération des cyanobactéries. Dans certains cas, cette situation conduit à la libération de neurotoxines nuisibles aux êtres vivants.L’eutrophisation est une étape du processus naturel d’évolution d’un plan d’eau. Ce processus tend à s’accentuer à la suite d’un apport excessif de nutriments, notamment de composés d'azote et de phosphore qui accélèrent la croissance d'algues et d’autres formes de vie végétale. Cet accroissement de la biomasse, combiné à une température élevée des eaux, fait diminuer la quantité d’oxygène dissous et limite la capacité d’autoépuration du plan d’eau. Cette forme de dégradation des plans d’eau est liée aux activités humaines, en particulier aux activités agricoles, résidentielles et industrielles (effluents d'élevage, lessivage des terres agricoles, eaux usées, etc.).

Nommer des contaminants de l’eau.

Définir un bassin versant comme étant un territoire entourant un réseau hydrographique.Décrire certains impacts de l’activité humaine sur les cours d’eau d’un bassin versant.

Expliquer le processus naturel d’eutrophisation d’un plan d’eau.Expliquer comment des activités humaines accélèrent l’eutrophisation d’un plan d’eau.

Les différentes substances qui se dégagent de la combustion des carburants fossiles produisent des effets néfastes à l’échelle locale, régionale, voire mondiale. Les oxydes de soufre, de carbone et d’azote sont des gaz précurseurs d’acides. Ils contribuent à l’acidification des précipitations. Des particules solides et liquides en suspension dans l’air (poussières, pollen, suie, fumée, gouttelettes) peuvent affecter les voies respiratoires. La contamination d’un biome situé à une grande distance du lieu d’émission des rejets est possible. En effet, les vents dominants favorisent la mise en circulation des contaminants introduits dans l’atmosphère.

Nommer des contaminants de l’air.

Décrire l’effet des vents dominants quant à la dispersion des polluants atmosphériques dans une région donnée.

L’empreinte écologique permet d’évaluer concrètement l’impact des activités humaines sur les écosystèmes afin d’envisager une gestion équilibrée des ressources. Elle correspond à la surface biologiquement productive dont la Terre a besoin pour soutenir le mode de vie d’un individu ou d’une population. L’écotoxicologie concerne les effets à long terme de certains types de pollution chronique sur les écosystèmes. Bon nombre de contaminants se dégradent par des mécanismes naturels alors que d’autres s’accumulent dans les écosystèmes, les organismes vivants, les cours d’eau, les lacs et les étangs. C’est le cas du phosphate et du mercure.La toxicité d’un contaminant dépend de sa concentration, des caractéristiques du milieu dans lequel il est rejeté, de la nature des organismes avec lesquels il est en contact et de la durée de l’exposition. Le seuil de toxicité est la quantité minimale de contaminant (en mg par kg de masse de l’organisme) qui produit un effet néfaste notable sur un organisme.Note: L’adulte ne devra faire qu’une évaluation qualitative de la toxicité du milieu à l’étude, basée sur les données qui lui seront fournies.

Décrire l’empreinte écologique.Expliquer l’utilité de la notion d’empreinte écologique.

Définir un contaminant comme étant un agent causant la modification des propriétés physiques, chimiques ou biologiques d’un milieu ou d’un organisme.

Définir le seuil de toxicité comme étant la quantité minimale d’une substance qui produit un effet néfaste notable sur un organisme.Décrire des facteurs qui influent sur la toxicité d’un contaminant (ex.: concentration, caractéristiques du milieu dans lequel il est rejeté, nature des organismes avec lesquels il est en contact, durée d’exposition).

Définir la bioaccumulation comme étant l’accumulation d’un contaminant dans un organisme à partir de son environnement ou de son alimentation.Expliquer la bioaccumulation dans des chaînes trophiques (bioamplification).

Définir la bioconcentration comme étant un cas particulier de bioaccumulation où un organisme accumule un contaminant par contact direct avec son milieu de vie (sources autres qu’alimentaires).

Les propriétés des principales familles du tableau périodique ainsi que celles des métaux, des non-métaux et des métalloïdes sont à l’étude. Une telle classification permet de prévoir des comportements de la matière. Tous les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique. Ce numéro désigne le nombre de protons contenus dans le noyau et permet de différencier les éléments. La classification met en évidence (avec quelques irrégularités) la croissance des masses atomiques, la structuration par famille d’éléments ayant des propriétés chimiques semblables et la périodicité de certaines propriétés physiques et chimiques des éléments.Les isotopes sont des atomes d’un même élément qui diffèrent en raison du nombre de neutrons qu’ils contiennent et donc de leur nombre de masse. Ils occupent la même place que l’élément dans le tableau périodique parce qu’ils ont le même numéro atomique et les mêmes propriétés chimiques. Les isotopes sont naturellement présents, mais ils peuvent aussi être produits en laboratoire ou en industrie.Dans le tableau périodique, le numéro de famille indique le nombre d’électrons de valence de l’élément. La notation de Lewis représente les électrons de valence d’un élément. Cette notation permet de mieux comprendre la combinaison des atomes dans les molécules. Cette information aide à prévoir des comportements des éléments en mettant en relation la structure atomique et les propriétés des éléments. Le concept de mole et le nombre d’Avogadro sont abordés pour permettre les calculs qui déterminent les relations quantitatives entre les réactifs et les produits au cours des réactions chimiques.

L’eau a la propriété de dissoudre de nombreuses substances. Quantité de phénomènes vitaux et environnementaux dépendent de cette propriété. Les produits en solution aqueuse sont fréquents dans l’environnement et leurs propriétés sont mesurables et observables. Les propriétés physiques des solutions aqueuses varient selon la nature et la proportion de leurs constituants.La solubilité d’un solide ou d’un gaz s’exprime en grammes de soluté pour un volume donné de solvant. Elle varie notamment selon la température. La notion de concentration en moles de soluté par litre de solution (mol/L) s’ajoute à celles de parties par million (ppm), de pourcentage (%) et de grammes par litre (g/L) vues dans Les changements climatiques.

Définir le concept de solubilité.

Associer de façon qualitative la force d’un électrolyte à son degré de dissociation.

Déterminer la concentration en mol/L d’une solution aqueuse.Transformer une concentration (g/L, pourcentage ou ppm) en concentration mol/L.

Les réactions chimiques de précipitation, de décomposition et de synthèse s’ajoutent à celles d’oxydation, de neutralisation acidobasique, de combustion, de photosynthèse et de respiration vues dans Les changements climatiques. Elles mettent en évidence le fait que les atomes de différents éléments et les ions ont un pouvoir combinatoire déterminé, en relation avec leur structure.La stœchiométrie concerne le calcul des quantités de matière (en moles et en grammes) qui participent à une réaction chimique.Au cours d’une réaction chimique, les atomes ont tendance à faire correspondre leur structure électronique périphérique à celle du gaz inerte le plus près. Cette capacité de gagner, de perdre ou de mettre en commun des électrons est déterminée par le nombre et la disposition de ceux-ci dans les atomes.Note : Les calculs stœchiométriques sont effectués en supposant que les réactions chimiques sont complètes. L’étude des liaisons chimiques ne couvre pas celle des éléments de transition.

Une transformation est dite nucléaire lorsqu’elle se produit dans le noyau d’un atome (revoir le modèle atomique simplifié du cours SCT-4061-2). Cette transformation a lieu lorsque les forces de liaison des nucléons s’avèrent insuffisantes pour maintenir la stabilité du noyau. De nouveaux noyaux sont engendrés (plus lourds à la fusion et plus légers à la fission ou à la désintégration), des particules se déplacent à grande vitesse (énergie cinétique) et d’importantes quantités d’énergie se dégagent sous forme de rayonnement. Le potentiel énergétique du nucléaire est énorme. Cependant, même si les substances radioactives présentent des avantages indéniables, leur rayonnement n’est pas sans conséquence pour la santé.

Les procédés de dépollution nécessitent une succession d’étapes faisant appel à des traitements physiques, physicochimiques et biologiques. D’autres traitements (ajout d’un réactif désinfectant, utilisation des ultraviolets, ozonation, etc.) sont parfois nécessaires lorsque l’eau épurée doit être rejetée en milieu particulièrement sensible. Les traitements biologiques de dépollution des sols, d’épuration des eaux usées ou d’assainissement de l’air impliquent l’utilisation des végétaux ou des micro-organismes pour dégrader divers polluants. Les principales caractéristiques d’un agent de dépollution efficace comprennent l’aptitude à transformer une large gamme de composés chimiques, une forte sensibilité aux polluants et une grande tolérance aux produits toxiques.Aucun traitement ne permet de dépolluer complètement les sols contaminés.

Décrire des traitements qui permettent de décontaminer des eaux usées.

Décrire des méthodes de biodégradation des polluants (ex.: phytoremédiation).