Fiche de révision : Chimie environnementale et hydrologie

📋 Plan du Cours

1. Cinétique des réactions chimiques
2. Partage et solubilité des contaminants
3. Écoulement et propriétés des milieux poreux
4. Phases et propriétés des substances
5. Contaminants et effets toxiques
6. Ressources géologiques et durabilité
7. Eau terrestre et cycle hydrologique
8. Isotopes et sources de CO₂

📖 1. Cinétique des réactions chimiques

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour une réaction d’ordre zéro, la loi de vitesse est $-\frac{d[A]}{dt}=k$ et sa loi intégrée est $[A]=[A_0]-kt$.

Compléments

📐 Formule - Pour une réaction d’ordre deux, la loi de vitesse est $-\frac{d[A]}{dt}=k[A]^2$ et sa loi intégrée est $\frac{1}{[A]}=\frac{1}{[A_0]}+kt$.

📖 2. Partage et solubilité des contaminants

🔑 Notions clés & Définitions

• Solubilité : Capacité d’un soluté à se dissoudre dans un solvant pour former un mélange homogène appelé solution.
• Pression de vapeur saturante : Pression à laquelle la phase gazeuse d’une substance est en équilibre avec sa phase liquide dans un système biphasique.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le coefficient de distribution entre un solide et l’eau est $K_d=\frac{[X]_s}{[X]_w}$.

📐 Formule - La loi de Henry relie les concentrations d’un composé dans l’eau et dans l’air par $K_H=\frac{[X]_w}{[X]_g}$.

Compléments

📐 Formule - La loi de Raoult est exprimée par $P_{vap}^{AB}=P_{vap}^{A}\cdot X_A$.

📐 Formule - Le coefficient de partage carbone-organique/eau est $K_{oc}=\frac{[X]_{oc}}{[X]_w}=\frac{K_d}{f_{oc}}$.

📐 Formule - La solubilité dans l’eau est exprimée par $S_{aq}=S_{sol}\cdot X_i$.

📖 3. Écoulement et propriétés des milieux poreux

★ À maîtriser

📐 Formule - La porosité est la proportion de vide dans le volume total, selon $\omega=\frac{V_v}{V_T}$.

📐 Formule - La vitesse de déplacement de l’eau est donnée par $u=\frac{V}{\omega}$.

📐 Formule - La loi de Darcy décrit le mouvement de l’eau dans un milieu poreux par $\vec V=-K\times\nabla h(x)$.

Compléments

📐 Formule - La percée totale d’un milieu est définie par $\theta=\frac{V_p}{V_t}$.

📐 Formule - Le volume total est la somme des volumes liquide et gazeux : $V_T=V_l+V_g$.

📐 Formule - Le temps de résidence est donné par $T=\frac{S}{F}$.

📐 Formule - La vitesse de réaction est définie par $V=\frac{Q}{S}$.

📐 Formule - Le temps d’arrivée est donné par $\tau=\frac{L}{u}$.

• La conductivité hydraulique a pour dimension $[L\,T^{-1}]$.

📐 Formule - La pression est donnée par $P=\rho gh$.

📖 4. Phases et propriétés des substances

🔑 Notions clés & Définitions

• Électronégativité : Capacité d’un atome à attirer les électrons engagés dans les liaisons.
• Molécule amphiphile : Molécule possédant un groupe hydrophile et un groupe hydrophobe.
• Miscibilité : Capacité de deux liquides à se mélanger.

📝 Points essentiels

📌 Les NAPL sont des liquides en phase non aqueuse, les C-NAPL sont légers et les D-NAPL sont denses.

📖 5. Contaminants et effets toxiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Pollution : Présence d’une substance ayant des effets délétères sur le milieu concerné.
• Contaminant : Substance présente dans un milieu, indépendamment de ses effets sur celui-ci.
• Chimie organique : La chimie organique étudie, synthétise et décrit les composés organiques, définis ici comme des composés à base de carbone et d’hydrogène.
• Chimie inorganique : Composés autres que ceux étudiés par la chimie organique.
• Substance nocive : Substance pouvant nuire à la santé de manière aiguë ou chronique.
• Substance toxique : Substance nocive pouvant nuire à la santé en petites quantités.
• Cancérigène : Substance pouvant induire un cancer ou en augmenter la fréquence.
• Mutagène : Substance pouvant entraîner des dommages génétiques héréditaires.

★ À maîtriser

• Les contaminants organiques dangereux cités sont :
  • les BTEX
  • les solvants
  • les pesticides
  • les HAP
  • les PCB
  • les dioxines

Compléments

• L’évaluation de la toxicité aiguë utilise notamment les indicateurs LC50 et LD50.

• L’évaluation de la toxicité chronique utilise notamment :

  • NOEL
  • LOEL
  • NOAEL
  • LOAEL
  • PNEC
  • PEC

📖 6. Ressources géologiques et durabilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Milieu poreux : Roche constituée de particules minérales solides et de pores pouvant être occupés par un gaz ou un liquide.
• Aquifère : Réservoir d’eau souterraine situé dans une formation géologique poreuse et perméable.
• Débit durable : Débit répondant aux besoins présents sans compromettre les besoins futurs.
• Granulats : Matériaux meubles dont les éléments ne sont pas solidaires.
• Matériaux de construction : Les matériaux de construction cités sont des roches massives dimensionnées, magmatiques ou métamorphiques, et des matériaux non métalliques.

📝 Points essentiels

• La Terre est âgée de 4,5 Ga.

📖 7. Eau terrestre et cycle hydrologique

★ À maîtriser

• L’eau terrestre est répartie entre 97 % d’eau océanique et 3 % d’eau douce.

Compléments

• Le rayon de la Terre est de 6 371 km.

• Le volume d’eau sur Terre est estimé à 1,38 Gkm³, ce qui correspond à une couche océanique de 2,6 km recouvrant le globe.

• L’eau douce est répartie entre 70 % de glaciers, 30 % d’eaux souterraines et 1 % d’eaux de surface.

📖 8. Isotopes et sources de CO₂

📝 Points essentiels

📐 Formule - La formule du d¹⁸O est indiquée comme le rapport entre la masse de d et la masse de matière : $d^{18}O=\frac{mg\ d}{mg\ matière}$.

• Les principales sources de CO₂ citées sont le charbon et le pétrole.

• Les phases gazeuse, liquide et solide peuvent passer de l’une à l’autre selon les équilibres de phase représentés.