TS - Exercices corriges

|TS |Eau |Les hydrates de méthane et la profondeur de l'océan |Exercice |
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|é | | | |
Pour tenter de résoudre la crise énergétique, de nombreuses sources
d'hydrocarbure sont explorées. Le méthane, formé par les dépôts organiques
amassés à plusieurs centaines de mètres sous la mer, s'accumule sous forme
d'hydrate de gaz[1] et pourrait être exploité.
Documents :
Document 1 : Etat physique lié aux hydrates de gaz Le diagramme de la figure ci-dessous montre que l'état physique des
mélanges d'eau et de méthane dépend de deux paramètres : la pression et la
température. [pic] Figure 1 : Diagramme de stabilité des hydrates de méthane (1 MPa = 106 Pa) Quatre zones sont définies :
I. Eau liquide et méthane gazeux
II. Eau solide et méthane gazeux
III. Hydrate de méthane (seul)
IV. Hydrate de méthane et eau solide
Document 2 : Hydrate de gaz au fond des océans [pic] Figure 2 : Champ des températures de l'eau de l'océan Atlantique. Le relief
du fond est exacerbé par les échelles de longueur utilisées en abscisse et
en ordonnée. La température et la pression changent suivant la profondeur. La carte ci-
dessous donnant le champ de températures, est une coupe Sud-Nord de
l'Atlantique. La ligne du fond indique de celui-ci n'est pas plan mais
contient d'importants reliefs qui ne sont pas considérés ici. Questions : 1. a) La pression atmosphérique est p = 1013,25 hPa.
Exprimer la pression atmosphérique en MPa et en déduire, du document
1, les deux zones couramment rencontrés à la surface de la Terre.
b) Décrire en terme d'état physique le mélange dans chacune de ces
zones.
c) Un hydrate de méthane a été récupéré dans la zone III et remonté à
la surface de la Terre dans les conditions où il ne se transforme pas.
On lui approche une allumette, sa surface s'enflamme mais le c?ur
reste blanc dans les conditions de la zone III. A quelle zone
correspond alors sa surface ?
2. Pourquoi la température en surface de l'Atlantique est-elle si
hétérogène ?
3. La pression de l'eau augmente de ?p = 105 Pa tous les 10 m de
profondeur. Exprimer en MPa la pression p1 à une profondeur h = 1 000
m sous l'eau.
4. Rechercher sur la carte du document 2 les conditions marines de
température et de pression qui permettent la formation d'hydrate de
méthane.
Corrigé
1. a) La pression atmosphérique est p = 1013,25 hPa.
Exprimer la pression atmosphérique en MPa et en déduire, du document
1, les deux zones couramment rencontrés à la surface de la Terre.
p = 1013,25 hPa = 101325 Pa = 101325 x 10-6 MPa = 0,101325 MPa.
Les zones couramment rencontrées à la surface de la Terre sont les zones I
et II. En effet, dans ces zones on a les conditions de pression et de
température sur la surface de la Terre.
b) Décrire en terme d'état physique le mélange dans chacune de ces
zones.
Zone I : Le méthane est à l'état gazeux et l'eau est à l'état liquide.
Zone II : Le méthane est à l'état gazeux et l'eau est l'état solide.
c) Un hydrate de méthane a été récupéré dans la zone III et remonté à
la surface de la Terre dans les conditions où il ne se transforme pas.
On lui approche une allumette, sa surface s'enflamme mais le c?ur
reste blanc dans les conditions de la zone III.
A quelle zone correspond alors sa surface ?
Sa surface correspond à la zone I où le méthane est à l'état gazeux (il
brûle) et la température est supérieure à 0°C donc l'eau est à l'état
liquide. 2. Pourquoi la température en surface de l'Atlantique est-elle si
hétérogène ?
La température à la surface de l'Atlantique est hétérogène à cause des
courants marins. La circulation d'eau due aux courants marins a comme
conséquence la variation de la température de surface de l'océan. 3. La pression de l'eau augmente de ?p = 105 Pa tous les 10 m de
profondeur. Exprimer en MPa la pression p1 à une profondeur h = 1 000
m sous l'eau.
A la profondeur h, la pression correspond à la somme de la pression
atmosphérique et de la pression pe de l'eau.
p1 = p + pe => p1 = p + [pic]= 101325 +[pic] = 1,0 x 107 Pa ou 10 MPa. 4. Rechercher sur la carte du document 2 les conditions marines de
température et de pression qui permettent la formation d'hydrate de
méthane.
La température de l'eau de l'océan est comprise entre 0 et 25 °C.
D'après le diagramme du document 1, pour une température de 0° et 5 °C,
l'hydrate de méthane se forme pour des pressions supérieures à 4 MPa,
l'hydrate de gaz peut se former à une profondeur supérieure à 2 km.
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[1][2]
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* |hIpºhfz5?CJOJ[17]QJ[18]\?a Un hydrate de gaz est un solide, semblable à
la glace, constitué d'eau et de méthane.