À l'échelle planétaire, les activités humaines ont conduit, sur deux siècles, à l'émission de 530 milliards de tonnes de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Ce gaz est soluble dans l'eau, il est transformé en acide carbonique. Cela a pour effet d'acidifier les océans et donc de diminuer le pH de l'eau. Il y a 21 000 ans, lors de la dernière grande période glaciaire, le pH des océans était de 8,3. Il est descendu à 8,2 au début de l'ère industrielle (XIXe siècle) et a atteint une valeur de 8,1 aujourd'hui. Les différents modèles scientifiques de prévision confirment que la valeur du pH devrait continuer à diminuer au cours du XXIe siècle.

Question 1 (3 points): indiquer pour quel domaine de pH une solution aqueuse est dite acide et pour quel domaine de pH elle est dite basique.

Question 2 (4 points): expliquer pourquoi on peut dire que l'eau des océans s'acidifie mais qu'il est inexact d'affirmer que l'eau des océans est acide.

Question 3 (11 points): un élève réalise une expérience comportant trois étapes successives schématisées ci-dessous.

3.1. Expliquer ce que l'élève cherche à démontrer par cette expérience et pourquoi il mesure deux fois le pH.

Pour réaliser son expérience, l'élève prépare une solution aux caractéristiques proches de celles de l'eau de mer, en suivant les indications ci-dessous.

Fabrication d'une eau de mer artificielle

Substances à mélanger pour fabriquer 500,0 mL d'eau de mer :

• 13,0 g de chlorure de sodium (sel de cuisine déshydraté).
• 3,0 g de chlorure de magnésium hexahydraté (à acheter en pharmacie).
• 497,0 g d'eau.

3.2. Calculer la masse volumique de la solution obtenue.

La vie dans les océans est influencée par l'acidification de l'eau. Ainsi, les coraux rencontrent désormais des difficultés pour produire leur squelette et ils deviennent donc plus vulnérables.

Question 4 (7 points) : dans une revue pour la jeunesse, une expérience, décrite dans le document suivant, est proposée pour expliquer l'influence de l'acidification des océans sur les récifs coralliens.

4.1. Interpréter les observations expérimentales de l'expérience proposée par la revue.

4.2. Expliquer pourquoi cette expérience ne correspond pas parfaitement à la destruction des récifs coralliens due à l'acidification des océans.

Question 1 (3 points) : pH acide et basique**

• Solution acide : Une solution aqueuse est dite acide si son pH est inférieur à 7. ($pH < 7$)
• Solution basique (ou alcaline) : Une solution aqueuse est dite basique si son pH est supérieur à 7. ($pH > 7$)
• Solution neutre: Une solution aqueuse est dite neutre si son pH est égal à 7. ($pH$ $=$ 7)

Question 2 (4 points) : Acidification vs. solution acide

Bien que le pH des océans diminue, passant de 8,3 à 8,1, il reste supérieur à 7. Or, par définition, une solution dont le pH est supérieur à 7 est basique.

Question 3 (11 points) : Expérience de l'élève

3.1. (5 points) Objectif de l'expérience et double mesure du pH

• Objectif de l'expérience : L'élève cherche à démontrer l'impact de l'augmentation de la concentration en dioxyde de carbone ($CO_2$) sur le pH d'une solution aqueuse, en l'occurrence une solution simulant l'eau de mer. Il simule l'augmentation du $CO_2$ dans l'atmosphère par le biais du bullage.
• Pourquoi deux mesures de pH :
  • La première mesure de pH (avant bullage) sert de témoin, de référence. Elle permet de connaître le pH initial de la solution.
  • La deuxième mesure de pH (après bullage) permet de constater l'évolution du pH suite à l'ajout de $CO_2$. La comparaison des deux valeurs permet de mettre en évidence l'acidification de la solution.

3.2. (6 points) Calcul de la masse volumique

• Masse des solutés : $m_{solutés} = 13,0 \ g + 3,0 \ g \ = 16,0 \ g$
• Masse de l'eau : $m_{eau} = 497,0 \ g$
• Masse totale de la solution : $m_{solution} = m_{solutés} + m_{eau} = 16,0 \ g + 497,0 \ g = 513,0 \ g$
• Volume de la solution : $V_{solution} = 500,0 \ mL$
• Masse volumique : $\rho = \frac{m_{solution}}{V_{solution}} = \frac{513,0 \ g}{500,0 \ mL} = 1,026 \ g/mL$

Donc, la masse volumique de la solution est de 1,026 g/mL.

Question 4 (7 points) : Expérience de la revue pour la jeunesse

4.1. (4 points) Interprétation des observations

• Observation : Le morceau de craie (composé principalement de carbonate de calcium $CaCO_3$) se dissout plus rapidement dans le vinaigre que dans l'eau.
• Interprétation : Le vinaigre est une solution acide (contenant de l'acide acétique). L'acidité du vinaigre réagit avec le carbonate de calcium de la craie, provoquant sa dissolution.

4.2. (3 points) Limites de l'expérience

• Différences :
  • Le vinaigre est beaucoup plus acide que l'eau de mer acidifiée. L'expérience utilise un acide très acide (vinaigre) pour accélérer le processus, ce qui ne reflète pas la réalité.
  • Le vinaigre n'a pas la même composition de l'eau acidifiée par le dioxyde de carbone.
  • La dissolution de la craie dans le vinaigre est beaucoup plus rapide que la dégradation des récifs coralliens dans l'océan.
• Conclusion : L'expérience est une simplification pédagogique utile pour illustrer le principe de la dissolution du carbonate de calcium par un acide, mais elle ne représente pas fidèlement le processus complexe et lent d'acidification des océans et ses conséquences sur les coraux.