PARTIE 2 (6 points) -  NOURRIR L’HUMANITÉ

La phyto-épuration, un système naturel et efficace
Si en ville la question de collecte et de traitement des eaux usées ne pose en général pas de problème (les habitations des zones urbaines étant reliées au réseau tout-à-l’égout et les eaux usées traitées dans des stations d’épuration), ce n’est pas forcément le cas en zone rurale. Parce qu’elle est facile à installer, naturelle et inodore, la phyto-épuration peut être particulièrement adaptée à la campagne.
D’après http://www.consoglobe.com

 
Document 1 :  » La phyto-épuration : comment ça marche ? »
Dans les systèmes de phyto-épuration, les eaux usées sont dirigées vers des filtres plantés d’espèces végétales soigneusement sélectionnées. On utilise souvent des plantes persistantes émergentes telles que les bambous, roseaux, massettes. La phyto-épuration utilise les bactéries naturellement présentes dans le sol pour épurer l’eau. Certaines d’entre elles, en présence de dioxygène, sont capables de consommer les matières organiques présentes dans les eaux usées pour les transformer en matière minérale assimilable par les plantes, sans dégager de mauvaises odeurs. L’eau devient alors claire. Ce sont les plantes aquatiques qui fournissent, au niveau de leurs racines, le dioxygène indispensable à la survie des bactéries. Par ailleurs, elles sont capables d’absorber en grandes quantités les ions nitrate ou phosphate. Ces filtres plantés reproduisent donc un écosystème épuratoire naturel.
D’après http://www.consoglobe.com
Schéma d’un système de phyto-épuration
D’après http://www.consoglobe.com
 
Document 2 : Quelques ions du sol
Document 2a : Schéma des interactions entre le complexe argilo-humique et les ions du sol


 
Document 2b : Nom et formule de quelques ions
 
Nom    Formule  Nom Formule
ammonium NH4+ hydronium H+
magnésium Mg2+ sodium Na+
potassium K+ nitrate NO3–
calcium Ca2+ phosphate PO43-

 
Document 3 : Normes européennes de quelques paramètres chimiques
– concernant le rejet pour les eaux résiduaires
Paramètre    Concentration maximale admissible en mg.L-1
Azote total    15
Phosphore total    2
Total des matières solides en suspension    35
 
– concernant les eaux destinées à la consommation humaine
Paramètre    Concentration maximale admissible en mg.L-1
Nitrate    50
Nitrite    0,50
Sulfate    250
Sodium    200
D’après http://www.ineris.fr
 

QUESTIONS :
Question 1 :
Justifiez l’intérêt de choisir des plantes capables d’absorber les ions nitrate et phosphate.

Réponses attendues Barème
1- Si les plantes absorbent les ions nitrate et phosphate, ils ne se retrouveront pas dans les nappes phréatiques, ces ions étant dangereux pour l'environnement. En effet, ces ions ne peuvent pas être mis en réserve dans la terre car non retenus par le CAH (étant de charge négative, il n'attire pas les ions dont la charge est de même signe)
 2 points
(-1 si absence de justification avec le CAH)

Question 2 :
On se propose de tester l’efficacité d’un système de phyto-épuration de ce type, en réalisant un dosage de l’azote total de la matière organique contenue dans les eaux épurées à la sortie du dernier bassin.
Pour cela, l’échantillon d’eau épurée est minéralisé pour que l’élément azote se retrouve sous forme d’ammoniac puis la solution obtenue est dosée par la méthode dite de « dosage par comparaison ».
Protocole expérimental :
– On prélève un volume Veau = 20,0 mL de solution témoin contenant de l’azote dont la concentration massique C0 est de 30 mg.L-1 puis on effectue un dosage colorimétrique avec une solution d’acide chlorhydrique. On observe un changement de couleur pour un volume d’acide versé V1 = 18,2 mL.
– On prélève ensuite un échantillon d’eau épurée de même volume Veau = 20,0 mL à la sortie du dernier bassin et on effectue le dosage colorimétrique de la même façon que pour la solution témoin. Pour observer le même changement de couleur, il a fallu verser cette fois un volume V2 = 7,1 mL d’acide.
On précise que la concentration massique en azote est proportionnelle au volume d’acide versé pour un volume d’eau prélevé identique.
Le système de phyto-épuration utilisé permet-il d’atteindre un résultat conforme aux normes européennes concernant le rejet d’azote dans l’environnement ?

Réponses attendues Barème
2- Dosage par comparaison :
Pour la solution témoin de concentration C0, il a fallu verser un volume V1 de solution d'acide chlorhydrique pour obtenir un changement de couleur.
Pour la solution d'eau épurée de concentration C, il a fallu verser un volume V2 pour obtenir le même changement de couleur. On peut donc écrire

C= C0xV2/V1 =  30x7,1/18,2 =12 mg.L-1
La concentration en élément azote de l'eau épurée est inférieure à 15 mg.L-1, le rejet d'azote pour les eaux résiduaires est conforme aux normes européennes.
 2,5 points (1.5 calcul de la concentration mais -0,5 si absence d'unité;
1 point pour la conformité avec les normes européennes)

Question 3 :
À votre avis, une eau ainsi traitée et épurée peut-elle être considérée comme potable ?
Justifiez.

Réponses attendues		 Barème
3- Cette eau épurée peut être rejetée dans l'environnement mais n'est pas potable car elle ne respecte sûrement pas les critères de potabilité. Pour cela, elle doit subir d'autres traitements.
 1,5 points