av Élyse Brodeur 6 år siden
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Dans ce cours, l’adulte étudie des problématiques ou des applications technologiques en lien avec les matières résiduelles et cherche des réponses ou des solutions à des problèmes en ce domaine. Il acquiert donc des connaissances sur les transformations chimiques et nucléaires, sur les propriétés physiques des solutions et sur l’organisation de la matière. Ces connaissances, combinées à celles de l’univers technologique, de la Terre et de l’Espace, lui permettent de comprendre les procédés technologiques pouvant limiter la contamination des différentes enveloppes terrestres (lithosphère, hydrosphère et atmosphère). De plus, en intégrant des connaissances de l’univers vivant comme l’empreinte écologique et l’écotoxicologie, l’adulte comprend davantage l’impact de la pollution engendrée par les rejets de la transformation des ressources naturelles.
(Tiré du programme de la FBD, Science et technologie)
Sept SAÉ ont été déposées sur le site d'Alexandrie FGA:
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 méthodes de biodégradation des polluants (ex.: phytoremédiation).
Phytoremédiation
Biorestauration
Bioaugmentation
Biostimulation
Décrire des traitements qui permettent de décontaminer des eaux usées.
Des saules pour recycler les eaux usées
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.
Définir la radioactivité comme étant l’émission de particules ou d’énergie par des noyaux d’atomes à la suite de transformations nucléaires.
Associer l’utilisation de la radioactivité à des applications technologiques (ex.: radiothérapie, datation).
Rayonnement gamma
Rayonnement bêta
Rayonnement alpha
Distinguer la fission nucléaire de la fusion nucléaire.
Fusion nucléaire
Fission nucléaire
Définir la stabilité nucléaire comme étant la cohésion du noyau atomique assurée par un nombre optimal de neutrons.
Ex.: L'isotope tritium est instable, donc radioactif
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.
Ionique
Définir une liaison ionique comme étant celle qui résulte d’un gain ou d’une perte d’électrons.
Représenter de façon schématique la liaison ionique.
Trouver des molécules qui comportent une liaison ionique (ex.: NaCl, NH4OH).
Associer la présence d’une liaison ionique à une substance électrolytique.
Covalente
Définir une liaison covalente comme étant celle qui résulte d’un partage d’électrons.
Représenter de façon schématique la liaison covalente.
Trouver des molécules qui comportent une liaison covalente (ex.: N2, CO2).
Déterminer des quantités de réactifs ou de produits à l’aide de calculs stœchiométriques.
Calculs stoechiométriques
Déterminer la formule moléculaire du sel formé par une neutralisation acidobasique.
Reconnaître une neutralisation acidobasique à l’aide de son équation.
Acide + Base = Eau + Sel
Associer des réactions chimiques connues à des réactions de décomposition ou de synthèse (ex.: respiration, photosynthèse, combustion, digestion).
Associer une réaction d’oxydation à une équation chimique dont le dioxygène est l’un des réactifs.
Ex.: rouille (oxyde de fer)
Ex.: respiration cellulaire
Représenter une réaction de précipitation à l’aide du modèle particulaire.
Modèle particulaire
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.
Déterminer la concentration en mol/L d’une solution aqueuse.
Transformer une concentration (g/L, pourcentage ou ppm) en concentration mol/L.
Associer de façon qualitative la force d’un électrolyte à son degré de dissociation.
Électrolyte faible (après)
Électrolyte faible (avant)
Électrolyte fort (après)
Électrolyte fort (avant)
Définir le concept de solubilité.
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.
Exprimer une quantité de particules à l’aide du nombre d’Avogadro.
Définir la notion de mole.
Exprimer en mole une quantité de matière
Appliquer les règles de nomenclature et d’écriture pour nommer la molécule ou écrire la formule moléculaire de composés binaires.
Reconnaître des ions polyatomiques usuels (ex.: NH4+, OH-, NO3-, CO32-, SO42-, PO43-) à l’aide de leur nom, de leur formule ou de leur composition.
Déterminer le nombre d’électrons de valence d’un élément.
Représenter des atomes à l’aide de la notation de Lewis.
Définir les isotopes comme étant des atomes d’un élément dont les noyaux possèdent des nombres de neutrons différents, donc des masses atomiques différentes.
Définir un isotope radioactif comme étant un isotope dont le noyau atomique est instable.
Isotopes du lithium
Décrire ce que représente la masse atomique relative.
Associer le numéro atomique d’un élément au nombre de protons qu’il possède.
Représenter un atome d’un élément donné à l’aide du modèle atomique simplifié.
Vidéo alloprof
Décrire la périodicité de certaines propriétés des éléments (ex.: réactivité chimique, rayon atomique, électronégativité).
Situer les groupes et les périodes dans le tableau périodique.
Décrire des caractéristiques communes aux éléments d’une même famille (ex.: nombre d’électrons de valence, réactivité chimique).
Associer le nombre de couches électroniques d’un élément au numéro de la période à laquelle il appartient.
Périodes
Groupes
Familles
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.
Bioaccumulation
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).
Bioamplification
Bioconcentration
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).
Seuil de toxicité
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).
Contaminant
Définir un contaminant comme étant un agent causant la modification des propriétés physiques, chimiques ou biologiques d’un milieu ou d’un organisme.
Décrire l’empreinte écologique.
Expliquer l’utilité de la notion d’empreinte écologique.
Exprimer un résultat avec un nombre de chiffres significatifs qui tient compte des erreurs de mesure.
Ex.: Une mesure située entre 10,3 et 10,4 cm, effectuée avec une règle graduée en millimètres, devrait s’écrire 10,35 cm ou 103,5 mm.
Déterminer l’erreur attribuable à un instrument de mesure.
Ex.: L’erreur de mesure effectuée à l’aide d’un cylindre gradué est fournie par le fabricant ou correspond à la moitié de la plus petite graduation.
Tenir compte de la sensibilité d’un instrument de mesure.
Ex.: Utiliser un cylindre gradué de 25 mL plutôt qu’un cylindre gradué de 100 mL pour mesurer un volume de 18 mL d’eau.
Effectuer les opérations requises afin de s’assurer de la justesse d’un instrument de mesure.
Ex.: Conditionner un pH-mètre.
Ex.: Sécher un cylindre gradué.
Ex.: Nettoyer et calibrer une balance.
Effectuer plusieurs fois la même mesure pour vérifier la fidélité de l’instrument utilisé.
Utiliser de façon adéquate un instrument de mesure.
Fiole jaugée
pH-mètre
Pipette
Choisir l’instrument de mesure approprié.
Ex.: Réfrigérer l'échantillon.
Ex.: Utiliser une spatule.
Ex.: Stériliser le contenant.
Dilution
Dissolution
Ex.: Aspirer avec une poire à pipette.
Ex.: Prélever à l'aide d'une spatule.
Ex.: Utiliser une pince à bécher.
Ex.: Laisser refroidir une plaque chauffante.
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.
Décrire l’effet des vents dominants quant à la dispersion des polluants atmosphériques dans une région donnée.
Exemple du Québec
L'atmosphère terrestre n'a pas de frontière et la pollution qu'elle transporte non plus. Les vents dominants jouent un rôle majeur dans la propagation des polluants. S'il n'y avait pas de vents, l'air pollué retomberait près de la zone où l'on a produit cette pollution. Or, les vents dominants transportent ces polluants sur des centaines de kilomètres.
Au Québec, ce facteur est important, car une bonne partie du St-Laurent se trouve dans la trajectoire de vents dominants en provenance des États-Unis. Or, les polluants produits par les centrales thermiques sont déplacés vers notre territoire où, mélangés avec les précipitations, ils produisent des pluies acides.
Nommer des contaminants de l’air.
Composés organiques volatils (COV)
Oxydes d'azote
Monoxyde de carbone
Dioxyde de soufre
Particules en suspension
Gouttelettes
Fumée
Suie
Pollen
Poussières
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.).
Expliquer le processus naturel d’eutrophisation d’un plan d’eau.
Expliquer comment des activités humaines accélèrent l’eutrophisation d’un plan d’eau.
Impact des activités humaines
Processus naturel
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.
Impacts de l'activité humaine
Certaines activités humaines peuvent avoir des impacts importants sur les bassins versants. Par exemple, par la pratique de coupes à blanc (ou par une déforestation excessive d'un territoire), les eaux de surface s'écoulent plus rapidement. Cet écoulement accéléré peut augmenter l'érosion du sol et, par le fait même, entraîner des inondations ou des glissements de terrain.
De plus, la pollution de l'hydrosphère, par le rejet de produits toxiques dans les eaux ou par les résidus produits par les industries et les mines entraînés par lessivage, peut contaminer la source d'eau à proximité de l'industrie en question. Toutefois, selon le principe du bassin versant, cette eau s'écoulera dans d'autres bassins versants, ce qui contaminera plusieurs étendues d'eau. Les impacts sur les populations avoisinant ces cours d'eau peuvent donc être très néfastes. (Tiré d'Allô prof)
Nommer des contaminants de l’eau.
Physique
Les polluants de ce type regroupent des débris insolubles dans l'eau et non dégradables, tels que les plastiques. Ces déchets solides peuvent blesser certains animaux aquatiques ou encore les étouffer. Ils peuvent aussi s'accumuler et former d'immenses décharges flottantes qui dérivent avec les courants marins.
Les eaux chaudes rejetées par les systèmes de refroidissement des centrales thermiques et nucléaires représentent aussi un autre type de polluants physiques. En effet, ces eaux réchauffent les écosystèmes aquatiques, ce qui peut nuire entre autres aux poissons, puisque ce réchauffement réduit la concentration en oxygène de l'eau et favorise l'eutrophisation. On qualifie parfois ce phénomène de pollution thermique de l'eau.
Rejet d'eaux chaudes
Débris insolubles
Chimique
On regroupe les polluants chimiques en cinq principaux types. Quel que soit le type de polluant chimique, la consommation quotidienne d'eau polluée par des traces de ces substances peut avoir des effets néfastes sur la santé humaine.
Nitrate et phosphate
Acides nitrique et sulfurique
Biologique
Ils proviennent majoritairement des eaux usées domestiques et industrielles (via les égouts) ainsi que des élevages d'animaux (lisier, fumier). Les matières organiques sont généralement faciles à dégrader. Toutefois, lorsqu'elles sont en trop grande quantité, leur dégradation enrichit l'eau en éléments nutritifs, ce qui favorise l'eutrophisation du milieu aquatique. Chez l'humain, l'eau contaminée par des microorganismes peut provoquer des diarrhées, des vomissements et des maladies parasitaires si elle est consommée.
Matière organique
Graisses
Sucres
Excréments
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.
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.
Avantages
Définir ce qu’est l’épuisement des sols.
Expliquer comment des activités humaines contribuent à l’épuisement des sols.
Effet des activités humaines
Déforestation massive
La déforestation (coupe à blanc) est également une activité ayant des impacts sur le sol, puisque elle prive le sol des végétaux qui limitent le ruissellement et qui favorisent sa porosité. Il y a donc une érosion plus grande, ce qui entraîne une diminution de la quantité de minéraux et de matières organiques présents dans le sol.
Urbanisation
L'urbanisation est également un facteur menant à l'épuisement du sol. En plus d'éliminer certaines terres agricoles par l'étalement urbain, la coupe des arbres sur ces terres enlève les racines qui servent à soutenir le sol et qui protègent le sol de l'érosion.
Contamination chimique
Utilisation de machinerie lourde
L'utilisation de machineries lourdes dans l'agriculture amène également certaines conséquences, car le sol se compacte sous le poids des véhicules et entraîne une diminution de l'absorption de l'eau par le sol.
Agriculture intensive
Par l'agriculture intensive, l'activité humaine empêche le sol de se régénérer, car ce sont les mêmes minéraux qui doivent être utilisés continuellement. Ceci crée donc une rareté de ces minéraux et rend les cultures plus difficiles. Il y a donc une utilisation massive des engrais, ce qui peut entraîner une contamination du sol.
Définition
Nommer des contaminants du sol.
Radioactive
Une grande partie de ces éléments est rapidement absorbée par les végétaux. Si des êtres vivants ingèrent ces plantes, les contaminants se répandront dans la chaîne alimentaire, entraînant malformations, mutations génétiques et cancers.
Le reste des contaminants se répand dans les horizons du sol et peut y demeurer pour une très longue période de temps.
Retombées radioactives suite à un accident nucléaire
Déchets nucléaires
Inorgatique
Ils proviennent des sites d'enfouissement, des déchets domestiques et industriels, des sites d'extraction de minerais et de pétrole ainsi que de la pollution atmosphérique.
Lorsqu'ils se retrouvent en grande quantité dans l'environnement, ils deviennent nocifs et peuvent modifier la fertilité des sols. Ils peuvent également contaminer les cours d'eau et des réserves souterraines. (Tiré d'Allô prof)
Métaux lourds
Arsenic
Nickel
Cadmium
Zinc
Mercure
Plomb
Organique
En faible quantité, ces éléments s'incorporent facilement dans l'environnement. Toutefois, l'utilisation en grande quantité de ces contaminants, comme dans l'agriculture de masse, amène une saturation du sol et le reste des contaminants est lessivé par l'eau de pluie et entraîné vers les cours d'eau. Les résidus de ces contaminants sont généralement toxiques pour la faune et la flore du sol. De plus, l'eutrophisation des plans d'eau s'accélère par la présence de ces contaminants organiques. (Tiré d'Allô prof)
Produits organiques persistants (POP)
Engrais
Insecticides
Pesticides
Solvants
Hydrocarbures
Pétroles et dérivés
Matière organique morte
Fumier
Microorganismes
Parasites
Virus
Bactéries
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).
