PARTIE 1  (8 points) -  NOURRIR L’HUMANITÉ

 Les installations de lagunage permettent de recycler l’eau dans des communes rurales et touristiques.
On s’intéresse aux conditions à respecter pour installer une station de lagunage et en assurer un bon fonctionnement.


Document 1 : Fonctionnement simplifié d’une station de lagunage

 

Bassin 1 :
Sous l’action de bactéries aérobies*, une partie de la matière organique est transformée en ions nitrate (NO^3– ) et phosphate (PO₄^3-). Les résidus s’accumulent au fond du bassin.
*aérobie : qui utilise le dioxygène
Bassin 2 :
Les algues microscopiques photosynthétiques consomment les ions nitrate (NO^3– ) et phosphate (PO₄^3-).
Bassin 3 :
Le zooplancton se nourrit d’une partie des algues microscopiques et des bactéries, pathogènes ou non, initialement présentes dans l’eau.
Dans l’eau issue de ce bassin, la concentration en ions nitrate est inférieure à 20 mg/L et la concentration en coliformes fécaux** se situe aux alentours de 150 NPP/ 100 mL.
** coliformes fécaux : bactéries pouvant être pathogènes
NPP : nombre le plus probable


Document 2 : Les normes de qualité de l’eau

Paramètre	Eau de boisson	Eau de baignade	Eau d’irrigation
Concentration en ions nitrate (en mg/L)	Inférieure à 50	Pas de valeur seuil*	Inférieure à 30
Concentration en Coliformes fécaux (NPP/100mL)	Nulle	Inférieure à 2000	Inférieure à 10 000

* La concentration en ions nitrate n’est mesurée qu’en cas de prolifération d’algues


COMMENTAIRE RÉDIGÉ :

Discuter des conditions d’installation et de bon fonctionnement d’une station de lagunage selon les usages de l’eau envisagés.
Vous développerez votre argumentation en vous appuyant sur les documents et vos connaissances (qui intègrent, entre autres, les connaissances acquises dans les différents champs disciplinaires).


Éléments de correction
Cette présentation d'une station d'épuration de type lagunage à 3 bassins situés à l'air libre permet de traiter quelques points au programme :
- la notion de bactérie saprophyte (qui consomme de la matière organique en décomposition) et aérobie (qui est soit indifférente à la présence d'air soit le nécessite (aérobie stricte)).
- la notion de producteur primaire (les algues microscopiques) qui consomment principalement les nitrates et les phosphates et utilisent le dioxide de carbone comme source de carbone et l'énergie lumineuse solaire comme source d'énergie (autotrophie).
- la notion de consommateur de premier et deuxième ordre (les microorganismes du "zooplancton" qui consomment des algues microscopiques ou des bactéries) : ce sont des hétérotrophes (allotrophes) qui utilisent la matière organique comme source de carbone et d'énergie chimique.
- le cycle de l'azote: la matière organique contient de l'azote sous forme de groupe amine (acides aminés des protéines par exemple) qui est transformé par les bactéries en nitates.
- les critères de salubrité d'une eau relargée dans le milieu anturel après lagunage : une quantité de nitrates inférieure au taux exigé pour la potabilité (>20/<50 mg/L), mais une quantité encore trop élevée de coliformes fécaux (bactéries de type Escherichia coli que l'on trouve dans les excréments humains - cependant on sait maintenant que ces bactéries sont loin d'être les seuls habitants du microbiote et même qu'elles constituent une population mineure de l'intestin, d'autant plus que la majeure partie des souches de coliformes fécaux sont inoffensives (non pathogènes) - lire : Le charme discret de l'intestin : tout sur un organe mal aimé, Giulia Enders - quelques éléments généraux ici) pour une eau potable, mais tout à fait acceptable pour les eaux de baignade ou d'irrigation. Pour diminuer encore la population de ces bactéries il faudrait un processus de filtration qui est habituellement réalisé par la terre dans les systèmes septiques des habitations.
- la station de lagunage se situe nettement au-dessus de toute limite supérieure de nappe phréatique pour éviter absolument une pollution-contamination du milieu avec les eaux usées non encore traitées. Mais cela nécessite évidemment une implantation dans une zone non inondable.

  Corrigé Barême officiel
Problématique(s) possible(s) attendue(s) :
Quelles conditions faut-il respecter pour installer une station de lagunage qui fonctionne correctement et quels seront les usages possibles de cette eau ?

Les arguments scientifiques sont suffisants si le candidat utilise les notions incontournables suivantes :
-la matière organique sera transformée en ions nitrate et phosphate dans le bassin 1,
- ces ions sont assimilés par les algues dans le bassin 2,
- les bactéries présentes dans le bassin 3 sont éliminées par le zooplancton,
- si le sol des bassins n’est pas imperméabilisé, les ions et les bactéries vont traverser la roche perméable et polluer la nappe phréatique,
- à l’issue de la station de lagunage, la concentration en ions nitrate est suffisamment basse pour pouvoir être utilisée en eau de boisson, de baignade et d’irrigation,
- à l’issue de la station de lagunage, la concentration en coliforme fécaux est telle que l’eau ne pourra pas être bue mais pourra être utilisée en eau de baignade et d’irrigation.

Qualité de la réponse à la problématique donnée : (on attend du candidat qu’il ait expliqué que) :
La matière organique est transformée en ions nitrate et phosphate dans le bassin 1, leur concentration y est donc importante. La concentration de ces ions baisse dans le bassin 2 grâce à la photosynthèse des microalgues.
Les bactéries présentent dans l’eau sont éliminées dans le bassin 3.
Lors de l’installation d’une station de lagunage, les bassins doivent être imperméabilisés pour empêcher l’infiltration de l’eau dans le sol. Dans ce cas, les ions et les bactéries pourraient traverser la roche perméable et contaminer la nappe phréatique. A l’issue de la station de lagunage, la concentration en ions nitrate est inférieure à 50 mg/L mais la concentration en coliformes fécaux n’est pas nulle. Donc l’eau issue de la station pourra servir à alimenter un bassin de baignade ou à irriguer des champs mais elle ne pourra pas servir d’eau de boisson.
Issus des documents :
(Détail des informations présentes dans chaque document)
Document 1 :
La matière organique est transformée en ions nitrate dans le bassin 1. Ceux-ci sont assimilés dans le bassin 2. Leur taux est faible à la sortie de la station.
Les bactéries disparaissent en grande partie dans le bassin 3, mais leur taux n’est pas nul à sa sortie. Les bassins sont imperméabilisés.
Document 2 :
Les normes de qualités de l’eau sont telles que l’eau issue du basin pour être utilisée comme eau de baignade ou d’irrigation mais pas comme eau de boisson.
Issus des connaissances :
- Les ions nitrate et phosphate sont des polluants pour la nappe phréatique.
- Certaines bactéries sont dangereuses pour la santé.
Dont des connaissances issues d’autres champs disciplinaires (si cela est possible au regard du sujet) ; au moins un élément
parmi ces possibilités (liste non exhaustive : le candidat peut proposer d’autres éléments recevables) :
Si le sol des bassins n’est pas imperméabilisé, ils risquent de se vider, donc la station ne sert à rien.