Carnet de bac

Le territoire du Québec possède de nombreux lacs appelés « lacs acides » dont le pH est inférieur ou égal à 5,0. Cette acidité d’origine naturelle ou humaine est survenue au cours des cent dernières années. Touchés par les pluies acides, émises par les grosses industries, les résidents du lac des Hauteurs doivent, pour contrer l'effet de l'acidité, épandre de la chaux sur leur terrain et planter des feuillus. La réduction des émissions polluantes représente vraisemblablement la meilleure solution à long terme pour éliminer le problème des pluies acides. Toutefois, en attendant ces réductions, il faut parfois recourir à des solutions temporaires : le chaulage représente l'une de ces rares alternatives. Au Québec, le chaulage a été évalué expérimentalement par le ministère de l’environnement et de la faune. Une vingtaine de lacs, principalement dans la région des trois rivières sont maintenant chaulés. Cette technique consiste à augmenter le pH du lac en y versant une base solide telle que le carbonate de calcium. La réaction de chaulage considérée comme totale s’écrit : $$ \mathrm{ Ca^{2+}_{(aq)} + CO^{2-}_{3(aq)} + 2 \ H_3O^+_{(aq)} \longrightarrow CO_{2(aq)} + Ca^{2+}_{(aq)} +3 H_2O_{(ℓ)} }$$ Des demandes d’aides financières sont réclamées car le coût de la tonne de carbonate de calcium CaCO_3(s) se situe aux environs de 1200 euros et ces lacs ont des volumes pouvant atteindre 500 millions de m³. De plus, une fois réalisé, le chaulage du plan d'eau permet un retour à la normale pendant seulement une quinzaine d’années, il faut ensuite renouveler l’opération. D’après le ministère du développement durable de l’environnement et des parcs.

Données :

• masse molaire du carbonate de calcium CaCO₃ = 100 g·mol^-1 ;
• couples acide/base intervenant au cours du chaulage : CO₂, H₂O/HCO^-_3(aq) et HCO^-_3(aq)/CO^2-_3(aq)
• V = 500 millions de m³.

1. Pour être qualifié d’acide, un lac de volume V doit contenir au minimum 5,0 millions de moles d’ions oxonium H₃O⁺.
2. L’ion carbonate CO₃^2- est une espèce amphotère.
3. Pour obtenir un pH final égal à 6,0 dans l’eau d’un lac acide de volume V, de pH initial égal à 5,0, il faut y déverser environ 23 tonnes de carbonate de calcium.
4. Le coût du chaulage pour augmenter d’une unité le pH d’un lac de volume V dépasse les 200 000 euros.