Dans le programme du Bac PC
Coefficient 5 en Bac PC, derrière la Physique-Chimie et les Mathématiques (coefficient 7). L'unité « utilisation des matières organiques et inorganiques » pèse environ un quart de l'épreuve de SVT : ce sont des chapitres de documents, rentables si l'on maîtrise le vocabulaire et les méthodes de traitement.
À l'épreuve
Exploitation de tableaux de mesures (O₂ dissous, DBO5, nitrates, coliformes) en amont et en aval d'un rejet, d'un relevé d'invertébrés à transformer en indice biotique, ou d'un schéma de station d'épuration. On demande de conclure sur la qualité du milieu et de proposer des mesures de protection.
Objectifs d'apprentissage
- Citer et interpréter les principaux paramètres physico-chimiques de la qualité d'une eau
- Expliquer la signification de la DBO5 et sa relation avec la charge organique
- Utiliser des bio-indicateurs pour évaluer la qualité d'un milieu (indice biotique, lichens)
- Comparer des mesures à des normes de qualité ou de potabilité
- Décrire les étapes d'une station d'épuration des eaux usées
Notions clés
Les indicateurs physico-chimiques
La qualité d'une eau se mesure par la température, le pH, la teneur en dioxygène dissous (indispensable aux êtres aérobies), la DBO5 (demande biochimique en oxygène sur cinq jours : quantité d'O₂ consommée par les micro-organismes pour dégrader la matière organique), la DCO, les teneurs en nitrates, phosphates, ammonium et métaux lourds. Une DBO5 élevée et un O₂ dissous faible signalent une pollution organique.
Les bio-indicateurs
Certains êtres vivants ne tolèrent qu'une gamme étroite de conditions : leur présence ou leur absence renseigne sur le milieu. Dans les cours d'eau, les larves de plécoptères et d'éphémères exigent une eau bien oxygénée, alors que les vers tubifex et les larves de chironomes supportent une eau polluée. Un indice biotique, calculé à partir des groupes d'invertébrés présents, résume cette information. Pour l'air, les lichens disparaissent quand la pollution (dioxyde de soufre) augmente.
Normes et salubrité
Les mesures sont comparées à des normes : seuils de potabilité pour l'eau de boisson (par exemple 50 mg/L de nitrates au maximum, absence de coliformes fécaux), grilles de qualité pour les rivières, normes de rejet pour les eaux usées. La salubrité d'un milieu inclut l'absence de germes pathogènes, contrôlée par la recherche de bactéries indicatrices de contamination fécale.
L'épuration des eaux usées
Une station d'épuration (STEP) enchaîne : le prétraitement (dégrillage, dessablage, déshuilage) ; le traitement primaire (décantation des matières en suspension) ; le traitement biologique (bassins à boues activées aérés où les bactéries dégradent la matière organique, puis clarification) ; parfois un traitement tertiaire (élimination de l'azote et du phosphore, désinfection). Les eaux épurées peuvent être réutilisées pour l'irrigation, les boues valorisées.
Erreurs fréquentes
1
Croire qu'une DBO5 élevée signifie une eau riche en oxygène : c'est l'inverse, elle mesure l'O₂ que la pollution organique va consommer.
2
Juger la qualité d'une eau sur sa seule couleur ou sa limpidité : une eau claire peut contenir des nitrates, des pesticides ou des germes.
3
Interpréter une seule mesure isolée : on compare toujours l'amont et l'aval d'un rejet, ou une mesure à une norme.
4
Oublier que l'absence d'une espèce exigeante est aussi informative que la présence d'une espèce tolérante.
Exemple corrigé
Énoncé
Mesures dans un oued, en amont et en aval du rejet d'une usine agro-alimentaire. Amont : O₂ dissous 9 mg/L, DBO5 2 mg/L, larves de plécoptères présentes. Aval : O₂ dissous 3 mg/L, DBO5 25 mg/L, vers tubifex abondants, plécoptères absents. Interpréter.
Correction
Amont. O₂ dissous élevé, DBO5 faible, présence d'espèces exigeantes (plécoptères) : l'eau est de bonne qualité.
Aval. La DBO5 est multipliée par plus de dix : le rejet apporte une forte charge organique. Sa dégradation par les bactéries consomme le dioxygène, qui chute à 3 mg/L.
Bio-indicateurs. Les plécoptères, qui exigent une eau oxygénée, disparaissent ; les tubifex, tolérants, prolifèrent. Les êtres vivants confirment les mesures chimiques.
Conclusion. Le rejet provoque une pollution organique de l'oued. Il faut traiter les effluents de l'usine (station d'épuration biologique) avant rejet.
Le cours, puis l'entraînement.
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Exercice 1
FacileDéfinir la DBO5 et dire ce qu'indique une valeur élevée.
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La DBO5 est la quantité de dioxygène consommée en cinq jours, à 20 °C et à l'obscurité, par les micro-organismes qui dégradent la matière organique d'un litre d'eau. Une valeur élevée indique une forte charge en matière organique biodégradable, donc une pollution organique qui risque d'appauvrir l'eau en O₂.
Exercice 2
MoyenUne eau de puits contient 70 mg/L de nitrates. Le seuil de potabilité est de 50 mg/L. Cette eau est-elle potable ? Proposer une origine probable de ces nitrates dans une région agricole.
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Non : 70 mg/L dépasse le seuil de 50 mg/L, l'eau n'est pas potable pour ce paramètre. Dans une région agricole, l'excès de nitrates provient le plus souvent des engrais azotés et du fumier épandus en quantité supérieure aux besoins des cultures : les nitrates, très solubles, sont entraînés par l'eau d'infiltration jusqu'à la nappe.
Exercice 3
DifficileExpliquer pourquoi le traitement biologique d'une station d'épuration se fait dans des bassins fortement aérés, et ce qui se passerait sans aération.
Voir la correction
Le traitement biologique repose sur des bactéries aérobies qui oxydent la matière organique en CO₂, eau et sels minéraux en consommant du dioxygène, tout en se multipliant (boues activées). L'aération fournit cet O₂ en grande quantité. Sans aération, l'O₂ serait vite épuisé : la dégradation deviendrait anaérobie, beaucoup plus lente, produisant des gaz malodorants (H₂S, méthane), et l'eau sortirait insuffisamment épurée.
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Questions fréquentes
Pourquoi utiliser des êtres vivants plutôt que des mesures chimiques ?
Les deux sont complémentaires. Une mesure chimique donne l'état de l'eau au moment du prélèvement ; les bio-indicateurs intègrent les conditions sur plusieurs semaines ou mois, et révèlent une pollution passagère que l'analyse du jour aurait manquée.
Une eau épurée est-elle potable ?
Non. Une station d'épuration ramène l'eau usée à un niveau compatible avec son rejet dans le milieu ou avec certains usages comme l'irrigation. L'eau potable doit respecter des normes beaucoup plus strictes et passe par une station de traitement d'eau potable.
Que mesure-t-on pour savoir si une eau est contaminée par des matières fécales ?
On recherche des bactéries indicatrices, comme les coliformes fécaux (Escherichia coli) et les streptocoques fécaux. Leur présence signale une contamination fécale et donc un risque de germes pathogènes.