Une séance de TP en 1°ES sur la
pollution organique des eaux
Ci-après la fiche de TP
distribuée aux élèves, suivie des résultats obtenus.
1°ES1 2007 TP : l’auto-épuration
des eaux
Le document ci-dessous est adapté de votre manuel
Bordas, page 226 :
Les cellules puisent du O2 dans le milieu
extérieur pour respirer, c’est à dire oxyder des molécules organiques.
Voici par exemple la réaction d’oxydation du sucre
glucose : C6H12O6
+ 6 O2 è 6 CO2
+ 6 H2O (+ énergie)
1/
2/ Avec une sonde oxymétrique, nous mesurerons
Pourquoi les flacons doivent-ils être parfaitement bouchés ? Pourquoi faut-il empêcher des algues de s’y développer (en conservant les flacons à l’obscurité) ?
3/ Le document indique que des ions ammoniaque NH4+
se forment à partir de molécules organiques sous l’action des bactéries. Nous
allons le vérifier. Le lait contient environ 12 % de matières organiques:
protéines, lipides et sucre.
a- D’après leur composition en éléments chimiques, à
partir de laquelle de ces 3 catégories de substances organiques pourraient être
produits des ions NH4+ ?
b- Vous disposez de 4 petits erlenmeyers contenant un
fond d’eau + 3 % de lait : le 1 vient d’être préparé, le
Vous disposez de languettes servant à détecter la
présence d’albumine dans l’urine ; en fait ce test est positif en présence
de toute protéine dissoute. Vous avez aussi des tests liquides de dosage des
ions NH4+.
En respectant toutes les règles de sécurité
nécessaires, vérifiez votre réponse a précédente à partir des flacons 1
et 2.
c- Observez au microscope une goutte du flacon 2, et
faites un dessin des microorganismes que vous voyez au fort grossissement.
d- D’après les flacons 3, 4 et 5, expliquez le
développement d’algues en 4.
5/ En comparant
Les manipulations et les résultats obtenus :
Les mesures ont été effectuées sous le
logiciel REACELL WINDOWS qui a le mérite de donner le taux de dioxygène en mg/L et
non en mmol.L-1.
Huit ml de chacun des 4 liquides à doser sont versés successivement (puis alternativement aspirés à la pipette, munie d’une pompe) dans le bio-réacteur Jeulin, l’agitateur magnétique tournant constamment de la 1° à la dernière mesure, (la sonde sous évalue fortement le taux de dioxygène si le milieu n’est pas agité). Chaque mesure dure 1 mn, temps minimum imposé par le logiciel. Si le taux de dioxygène semble diminuer au départ pour les tracés rouge et bleu, c’est que la mesure a été lancée avant la fin du temps de latence exigé par la sonde pour pouvoir donner un chiffre à peu prés stable.
On constate que l’eau du robinet est
exempte de pollution organique.
Par contre il n’y a pas proportionnalité ; d’après
les mesures et les calculs,
En fait des calculs simples montrent qu’il faut environ
70 mg de dioxygène pour oxyder totalement la matière organique contenue
dans
Le test « albustix » se trouve en pharmacie, le « tetratest » pour l’ammoniac total en magasin d’aquariophilie, au prix de 10 à 15 euros chacun :
Résultats du test albumine :
A droite le mélange eau + 4% de lait préparé pendant la
séance : le lait pur contenant environ
A gauche le flacon de lait à 4% préparé depuis 2 semaines et la languette-test montrant la disparition totale des protéines.
Résultat du test ammoniac total :
Le test comprend 3 réactifs liquides à rajouter successivement goutte à goutte à un peu de lait à 4% vieux de 2 semaines (résultat dans le tube carré de droite) et à un mélange en mêmes proportions préparé avec du lait frais pendant la séance (tube à essais à gauche).
Sur la boite, de gauche à droite, les couleurs correspondent à l’absence d’ammonium (teinte vert-très jaune), à 0,25 mg de NH3/ NH4+ par litre, puis à 1,5 mg, 3 mg et 5 mg.L-1.
Si on a la patience d’attendre 20 minutes pour lire les résultats, comme demandé par la notice, le test indique un taux de NH4+ d’au moins 5 mg.L-1 (le taux véritable étant bien plus important) dans la solution âgée de 2 semaines. Par contre le test reste négatif pour le lait frais à 4%.
Il y’a donc bien eu disparition des protéines du lait,
transformées partiellement en ions ammonium.
On devrait et pourrait aussi démontrer l’absence d’acides aminés détectables, mais il n’est pas question de rallonger la séance au-delà de ce qui est raisonnable en 1°ES.
Les bactéries responsables, visibles sur la micrographie ci-dessous, sont observées à l’objectif à immersion (grossissement 1000) dans une goutte du mélange eau + 4 % lait à j = 14, coloré au bleu de méthylène :
Ci-dessous à droite le développement algal dans le flacon de lait à 4 % âgé de 6 semaines (notre labo ne recevant pas directement la lumière solaire, un éclairage d’appoint aurait donné un résultat plus rapide et plus net) :
Le témoin éclairé mais sans lait, non photographié ici, est évidemment resté incolore.
L’horaire en 1°ES ne laisse pas le temps de vérifier au microscope la présence d’algues. Le film sur la pollution des eaux de la série télévisée « C’est pas sorcier », projeté la semaine suivant cette séance, en constitue un bon complément.
Il est également possible d‘analyser (en évaluation sommative par exemple) l’effet de l’eutrophisation de l’eau sur des plantes vertes macroscopiques : lentilles d’eau placées à j = 4 semaines dans le mélange eau + lait à 4 % ou boutures de Misère (Tradescantia sp) dont la base trempe dans ce liquide, mis à l’abri de la lumière par du papier aluminium ( témoins dans de l’eau sans lait) : on concrétise ainsi le sujet du baccalauréat de septembre 2004, Polynésie Française, qui porte sur l’alimentation de tomates hors-sol par de l’eau d’un bassin de pisciculture ; cette eau est enrichie en nutriments minéraux grâce à la décomposition bactérienne des déjections des poissons et des aliments non consommés. Puis, une fois que les racines ont absorbé la majeure partie de ses ions minéraux biogènes, par mesure d’économie cette eau d’arrosage est renvoyée au bassin piscicole :