Résolution de problèmes scientifiques

Résolution de problèmes scientifiques Thème : L’eau Sous-thème : Eau et ressources Mot clé : Hydrates de gaz Durée estimée : 2 h

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ? Molécule de méthane CH4 Molécule d’eau H2O Hydrates de gaz en feu Hydrate de gaz au fond de l’océan libérant du méthane

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ? Énoncé La pénurie annoncée des ressources fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon) a rendu nécessaire et impératif la recherche et le développement de nouvelles sources d’énergie. Dans ce contexte, les ressources énergétiques issues de la mer ont aussi leur place… À l’aide des documents suivants, apporter une réponse argumentée à la problématique suivante :

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ? Quelle est la problématique ? Peut-on considérer que les hydrates de gaz seraient la ressource énergétique propre du futur ? Peut-on considérer que les hydrates de gaz seraient la solution face à l’épuisement des ressources fossiles ?

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Énoncé de la problématiqueVersion brute Problème Peut-on considérer que les hydrates de gaz seraient la ressource énergétique propre du futur ? Seraient la solution face à l’épuisement des ressources fossiles ? Justifiez dès que possible vos propos à l’aide de calculs. Exercez un regard critique sur vos calculs et votre argumentation. Remarque : L’analyse des données, la démarche suivie et l’analyse critique des résultats sont évaluées et nécessitent d’être correctement présentées. Données: Masses molaires : M(H) = 1 g.mol-1 ; M(C) = 12 g.mol-1 ; M(O) = 16 g.mol-1

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Énoncé de la problématiqueVersion guidée Problème Peut-on considérer que les hydrates de gaz seraient la ressource énergétique propre du futur ? Seraient la solution face à l’épuisement des ressources fossiles ? Pour répondre à la problématique, déterminer l’état physique des mélanges d’eau et de méthane à la surface de la Terre (à la pression atmosphérique). Puis, calculer le nombre d’années de ressources présentes dans les hydrates de gaz au fond des océans dont dispose l’Homme. Écrire l’équation de combustion complète pour chacun des trois combustibles cités afin de comparer les masses de dioxyde de carbone rejeté par ceux-ci. Exercez un regard critique sur vos calculs et votre argumentation. Remarque : L’analyse des données, la démarche suivie et l’analyse critique des résultats sont évaluées et nécessitent d’être correctement présentées. Données: Masses molaires : M(H) = 1 g.mol-1 ; M(C) = 12 g.mol-1 ; M(O) = 16 g.mol-1

Document 1 Qu’est-ce qu’un hydrate de gaz ?

Document 2 Domaine de stabilité des hydrates de gaz ?

Document 3 Énergies de combustion de sources fossiles ?

Document 4 Le projet SUGAR

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Proposition de corrigé Zone III : Domaine de stabilité des hydrates de gaz • 0°C < T < 15°C • P > 3 MPa • Entre 300 m et 1500 m de profondeur La pression atmosphérique est 1,013.105 Pa = MPa = 0,10 MPa États physiques des hydrates de méthane à la surface de la Terre • À l’état eau liquide + méthane gaz (Zone I) • À l’état eau solide (glace) + méthane gaz : (Zone II)

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Proposition de corrigé ♦ Réserve de méthane au fond de l’océan : 20 millions de km3 ♦ Consommation mondiale de gaz naturel : 3 000 milliards de m3 par an 1 an 3000 km3 x années 20.106km3 x = 20.106 / 3000 = 6,7.103 années. L’homme disposerait d’environ 6700 années de ressources dans les hydrates de gaz au fond des océans, ce qui constitue une réserve gigantesque.

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Proposition de corrigé Équations de combustion des trois combustibles ♦Le méthane CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) ♦ L’essence (octane) 2 C8H18(g) + 25 O2(g) 16 CO2(g) + 18 H2O(g) ♦ Le charbon C(s) + O2(g) CO2(g)

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Proposition de corrigé Calcul de la masse de dioxyde de carbone rejeté par la combustion du méthane pour produire 1 GJ d’énergie. CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) La combustion de 1Kg de méthane libère 51.103 kJ Pour 1,0 GJ = 109 J, la masse de méthane brûlée est : m(CH4) = = 2,0.101 kg = 2,0.104 g La quantité de matière de CO2 formée est égale à la quantité de matière de CH4 brûlée est : n(CO2) = n(CH4) La masse de CO2formée est : m(CO2)= n(CO2) M(CO2) = M(CO2) m(CO2) = 44 = 55.103 g = 55 kg

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Proposition de corrigé Le méthane est seulement une énergie plus propre que le charbon et l’essence !

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Proposition de corrigé Hydrates de gaz : Ressource de la mer du futur ?... Peut-être un jour !...

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Notation par compétencesNiveau A: les indicateurs choisis apparaissent dans leur quasi-totalitéNiveau B:les indicateurs choisis apparaissent partiellementNiveau C: les indicateurs choisis apparaissent de manière insuffisanteNiveau D: les indicateurs choisis ne sont pas présents

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Notation par compétences

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Notation par compétences

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Notation par compétences

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Exemple d’attribution d’une note chiffrée à la copie

Travail préliminaire des élèves

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Comment les élèves ont-ils réagi ?

Hydrates de gaz : Ressources de la mer du futur ?Ce qu’en pensent les élèves

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