Carnet de bac

Une usine sidérurgique du sud de la France, située en bordure de mer, produit chaque année 4 millions de tonnes d’acier. Cette production s’accompagne de l’émission de 8 millions de tonnes de dioxyde de carbone. Un des objectifs de la COP 21 est de réduire de 24 % l’émission de CO₂ dans le secteur de l’industrie. Pour contribuer à cet objectif, on cherche à capter le CO₂ émis lors de la production d’acier pour le stocker ou à le valoriser afin d'éviter son rejet dans l'atmosphère. Un site voisin de marais salants en reconversion, de surface disponible 6000 hectares, pourrait être exploité. Le CO₂ émis serait utilisé dans la culture intensive d’une microalgue naturellement présente sur ce site, la Dunaliella salina.
Les microalgues sont des microorganismes photosynthétiques qui assurent leur croissance en transformant l’énergie solaire en énergie chimique quand elles sont en présence d’eau, de dioxyde de carbone, d’éléments inorganiques (azote N, phosphore P, potassium K,...). Les quantités de nutriments nécessaires à la croissance d’un kilogramme de microalgues sont indiquées dans le tableau suivant.

Données :

• 1 hectare = 1,00·10⁴m²
• Masses molaires : M(CO₂) = 44,0 g·mol^-1 ; M(NaCl) = 58,5 g·mol^-1

Ag⁺_(aq) + Cl^-_(aq) → AgCl_(s)

Lorsque pratiquement tous les ions chlorure ont disparu, les ions argent ajoutés réagissent ensuite avec les ions chromate en donnant une coloration rouge. Cette couleur rouge apparaît lorsqu’on a versé 11,5 mL de solution de nitrate d’argent dans la solution analysée.

1.1. Nommer la méthode de détermination de la teneur en chlorure de sodium de l’eau de mer mise en jeu.

1.2. Schématiser et légender le dispositif utilisé.

1.3. Le volume de 11,5 mL peut être assimilé au volume versé à l’équivalence du titrage. Justifier.

1.4. Déterminer la concentration massique en chlorure de sodium de l’eau de mer à l’entrée du marais salant.

1.5. Déterminer la masse de chlorure de sodium NaCl solide qu’il faut ajouter à chaque litre d’eau de mer introduit lors du premier remplissage du marais, pour assurer une croissance optimale des microalgues.

2. Réduction de l’émission de dioxyde de carbone

La croissance des microalgues nécessite en outre un apport d’énergie de 1736 kJ par mole de dioxyde de carbone transformé. Cette énergie, apportée par la lumière, est liée à l’ensoleillement du site. En un jour, la région du marais salant reçoit une énergie solaire moyenne par mètre carré de 1,5·10⁷J·m^-2. La part de cette énergie disponible pour la croissance des microalgues est égale à 5%.

2.1. Déterminer l’énergie totale apportée par la lumière sur les marais salant pouvant servir à la croissance des microalgues en une journée.

2.2. En déduire la masse de CO₂ pouvant être absorbée par l’exploitation du marais salant pour la culture des microalgues en une journée.

2.3. La part des 8 millions de tonnes de CO₂ produite par l’aciérie en une année, pouvant être absorbée par cette technique, permet-elle d’atteindre l’objectif fixé par la COP 21 ? Si ce n’est pas le cas, proposer une solution pour augmenter cette part.
L’analyse des données ainsi que la démarche suivie sont évaluées et nécessitent d’être correctement présentées.