Matière · Cinquième
Séparer les mélanges : décantation, filtration, distillation, chromatographie
Cours de 5e sur la séparation des mélanges : décantation, filtration, évaporation, distillation, chromatographie ; matériel, principe, eau du robinet, exercices corrigés.
Réponse en 30 secondes
Pour séparer les constituants d’un mélange, on exploite une différence entre eux. La décantation et la filtration séparent un solide d’un liquide (mélange hétérogène) ; l’évaporation et la distillation séparent un liquide de ce qui y est dissous ; la chromatographie sépare les colorants d’une encre.
Pourquoi apprendre à séparer
Presque rien de ce qui nous entoure n’est un corps pur. L’eau de la rivière transporte du sable, des feuilles, des sels dissous et des microbes ; l’air est un mélange de gaz ; le jus d’orange contient de l’eau, du sucre, des acides, de la pulpe ; l’encre d’un feutre noir est souvent un mélange de trois colorants. Pour étudier une substance, la purifier, la doser ou la rendre potable, il faut savoir la séparer de ce qui l’accompagne.
Chaque technique de séparation repose sur la même idée : trouver une propriété qui diffère entre les constituants et l’exploiter. Les grains de sable sont plus lourds que l’eau et plus gros que les pores d’un filtre ; le sel ne s’évapore pas alors que l’eau le fait ; les colorants d’une encre ne s’accrochent pas de la même façon au papier. Une fois la différence trouvée, la technique en découle.
Le programme de 5e demande de connaître cinq techniques, de savoir laquelle choisir selon le mélange, de réaliser et de schématiser une filtration et une décantation, et de comprendre ce que l’on fait à l’eau de rivière pour la rendre potable. Cette page suit ce fil, en distinguant à chaque fois ce que la technique sépare et ce qu’elle laisse ensemble.
Mélange homogène ou hétérogène : le point de départ
Avant de choisir une technique, on regarde le mélange. S’il présente plusieurs aspects à l’œil nu ou à la loupe, avec des particules, des grains, une couche qui flotte ou qui se dépose, un trouble, il est hétérogène : eau boueuse, jus d’orange avec pulpe, vinaigrette, granit. Si l’on ne distingue qu’un seul constituant, même s’il y en a plusieurs, il est homogène : eau salée, eau sucrée, sirop, air, encre, alliage.
La distinction est décisive parce que les techniques ne s’adressent pas au même type de mélange. Un filtre laisse passer tout ce qui est dissous : filtrer de l’eau salée ne sert à rien. Distiller de l’eau boueuse fonctionne mais gaspille de l’énergie : on la décante et on la filtre d’abord. La démarche du chimiste est de commencer par le plus simple et le moins coûteux, et de réserver la distillation à la dernière étape.
Le vocabulaire des mélanges et des corps purs est détaillé sur sa propre page ; ici, on retient qu’un mélange homogène qui paraît pur ne l’est pas pour autant, et que seule une méthode comme la distillation, ou un test comme la mesure de la température d’ébullition, permet de trancher.
La décantation : laisser reposer
La décantation consiste à laisser un mélange hétérogène au repos pour que ses constituants se séparent sous l’effet de leur poids. Les particules solides plus denses que le liquide tombent lentement au fond et forment un dépôt ; le liquide au-dessus, appelé surnageant, s’éclaircit. On récupère ensuite le surnageant en le versant doucement, ou en le prélevant à la pipette, sans remuer le dépôt.
La décantation sépare aussi deux liquides non miscibles, c’est-à-dire qui ne se mélangent pas : l’huile et l’eau, l’essence et l’eau. Le moins dense se place au-dessus. Au laboratoire, on utilise pour cela une ampoule à décanter, un récipient en forme de poire muni d’un robinet en bas : on laisse les deux couches se former, puis on ouvre le robinet pour faire couler la couche inférieure et on le referme juste à la limite.
Ce qui rend la décantation efficace, c’est la différence de masse volumique entre les constituants et la taille des particules. Le sable (2,6 g/cm³) tombe en quelques secondes ; l’argile fine reste des heures en suspension et laisse l’eau trouble. La décantation est donc rapide mais incomplète : le surnageant n’est presque jamais limpide. On la complète par une filtration.
La filtration : retenir les particules
La filtration fait passer le mélange hétérogène à travers un filtre, une paroi percée de pores minuscules. Le liquide et tout ce qui est dissous traversent : c’est le filtrat, limpide. Les particules solides plus grosses que les pores restent sur le filtre : c’est le résidu.
Le filtre du laboratoire est un disque de papier filtre plié en cône et posé dans un entonnoir. Les pores d’un papier filtre ordinaire mesurent 10 à 20 micromètres (millièmes de millimètre), assez fins pour retenir le sable, l’argile, la craie, la pulpe, mais pas assez pour les bactéries (environ 1 µm) ni, évidemment, pour les molécules dissoutes comme le sel ou le sucre, dix mille fois plus petites. Dans la vie courante, on filtre avec une passoire (pores d’un millimètre), un filtre à café, un sac d’aspirateur, un masque, le sable d’une piscine.
Réaliser une filtration au laboratoire
- Plier le papier filtre en deux, puis en quatre ; ouvrir un côté pour former un cône et le poser dans l’entonnoir. L’humidifier avec quelques gouttes d’eau distillée pour qu’il adhère.
- Placer l’entonnoir sur un bécher propre, la tige de l’entonnoir touchant la paroi interne du bécher pour éviter les éclaboussures.
- Verser lentement le mélange au centre du filtre, sans dépasser le bord du papier, en s’aidant d’un agitateur en verre pour guider le liquide.
- Attendre que tout le liquide ait traversé. Observer : le filtrat dans le bécher, le résidu sur le papier.
- Schématiser : entonnoir, filtre en cône, bécher ; légender « mélange », « filtre », « résidu », « filtrat ».
L’évaporation : faire disparaître le liquide
Pour récupérer un solide dissous dans un liquide, la solution la plus simple est de faire partir le liquide. On chauffe doucement le mélange homogène dans une coupelle, ou on le laisse à l’air libre : le liquide se transforme en vapeur qui s’échappe, et le solide, qui ne s’évapore pas, reste au fond sous forme de cristaux. C’est ainsi que l’on récupère le sel d’une eau salée ou le sucre d’une eau sucrée (avec le risque de le caraméliser si l’on chauffe trop fort).
L’évaporation est utilisée à grande échelle dans les marais salants : l’eau de mer, qui contient environ 35 g de sel par litre, est étalée dans des bassins de quelques centimètres de profondeur ; le soleil et le vent l’évaporent, la concentration en sel augmente de bassin en bassin, et le sel cristallise dans les derniers, où il est récolté. Les salines de Guérande ou d’Aigues-Mortes fonctionnent ainsi depuis le Moyen Âge.
L’évaporation a un inconvénient : le liquide est perdu. Si c’est lui que l’on voulait récupérer, il faut passer à la distillation.
La distillation : récupérer un liquide pur
La distillation est une évaporation suivie d’une condensation : on chauffe le mélange, on récupère la vapeur, on la refroidit pour la retransformer en liquide. Ce liquide, le distillat, ne contient que ce qui a pu s’évaporer : dans le cas d’une eau salée, de l’eau pure. Le sel reste dans le ballon, avec tout ce qui ne s’évapore pas (colorants, calcaire, la plupart des polluants).
Le montage comporte quatre éléments : un chauffe-ballon qui apporte la chaleur ; un ballon contenant le mélange ; un thermomètre en haut du ballon, au niveau du départ de la vapeur ; un réfrigérant (ou condenseur), tube en verre entouré d’une chemise dans laquelle circule de l’eau froide, dans lequel la vapeur se condense ; et un récipient, souvent un erlenmeyer, qui recueille le distillat goutte à goutte.
Pendant toute la distillation de l’eau salée, le thermomètre reste à 100 °C : c’est la température d’ébullition de l’eau, et le fait qu’elle ne varie pas est la preuve que la vapeur produite est celle d’un corps pur. Si l’on distillait un mélange d’eau et d’alcool (éthanol), la température se stabiliserait d’abord vers 78 °C, température d’ébullition de l’éthanol, le temps que l’alcool passe, puis monterait vers 100 °C : c’est la distillation fractionnée, qui sépare deux liquides miscibles grâce à leurs températures d’ébullition différentes.
| Liquide | Température d’ébullition (à 1 013 hPa) | Ce qu’on en fait par distillation |
|---|---|---|
| Éther diéthylique | 34,6 °C | solvant de laboratoire, très volatil |
| Acétone | 56,1 °C | dissolvant, se sépare de l’eau |
| Éthanol (alcool) | 78,4 °C | eaux-de-vie, alcool à 90° |
| Eau | 100,0 °C | eau distillée, dessalement |
| Essence (coupe pétrolière) | 30 à 200 °C | raffinage du pétrole brut |
| Gazole | 250 à 350 °C | raffinage du pétrole brut |
Source : CRC Handbook of Chemistry and Physics, 104e édition, pour les corps purs ; IFP Énergies nouvelles pour les coupes pétrolières.
C’est par distillation fractionnée que l’on sépare le pétrole brut en gaz, essence, kérosène, gazole et fioul dans les tours de raffinerie hautes de 50 m ; que l’on obtient les eaux-de-vie à partir du vin ou du cidre dans un alambic ; que l’on produit l’oxygène et l’azote industriels à partir d’air liquéfié à −190 °C ; et que certains pays dessalent l’eau de mer, même si les usines modernes préfèrent l’osmose inverse, moins gourmande en énergie.
Exemple 1 — Choisir la bonne technique
On dispose d’eau de mer, trouble, avec du sable et des algues. On veut obtenir de l’eau pure.
- Décantation : on laisse reposer ; le sable tombe, les algues flottent ou tombent. On prélève le liquide du milieu.
- Filtration : on filtre le liquide décanté ; le filtrat est limpide mais toujours salé.
- Distillation : on distille le filtrat ; le distillat est de l’eau pure, le sel reste dans le ballon. Trois étapes, de la moins coûteuse à la plus coûteuse : on ne distille jamais un mélange que l’on peut d’abord décanter et filtrer.
Exemple 2 — Combien de sel dans l’eau de mer ?
On évapore complètement 250 mL d’eau de mer dans une coupelle. La coupelle vide pesait 45,2 g ; avec le sel sec, elle pèse 54,0 g.
Masse de sel : 54,0 − 45,2 = 8,8 g pour 250 mL. Pour 1 L (quatre fois plus) : 8,8 × 4 = 35 g/L, valeur habituelle de la salinité des océans (de 33 à 38 g/L selon les mers ; 7 g/L en mer Baltique, 275 g/L dans la mer Morte). L’évaporation a permis de séparer le sel et de le peser ; l’eau est perdue.
La chromatographie : séparer des colorants
Une encre noire paraît homogène, mais elle est presque toujours un mélange de plusieurs colorants. La chromatographie sur papier permet de les séparer et de les identifier. On dépose une petite goutte d’encre sur une ligne de dépôt tracée au crayon à papier près du bas d’une bande de papier filtre ; on place la bande verticalement dans une cuve dont le fond contient un peu d’éluant (eau, eau salée ou alcool), sans que la ligne de dépôt trempe. L’éluant monte lentement dans le papier par capillarité et entraîne les colorants.
Chaque colorant est plus ou moins soluble dans l’éluant et plus ou moins retenu par le papier : les plus solubles et les moins retenus montent presque aussi haut que l’éluant, les autres restent près du bas. Après quelques minutes, on sort le papier, on marque au crayon la hauteur atteinte par l’éluant, le front de l’éluant, et on laisse sécher. Le résultat est le chromatogramme : une colonne de taches colorées, une par colorant.
Attention à l’ordre des lettres sur le schéma « après » : le dépôt E est à gauche, B au milieu et J à droite ; pour E, la tache bleue à la hauteur de B et la tache jaune à la hauteur de J sont dans la même colonne. Deux taches à la même hauteur, obtenues avec le même papier et le même éluant, correspondent au même colorant : c’est ainsi qu’on identifie les constituants d’une encre en la comparant à des colorants connus.
En 3e et au lycée, on quantifie la position d’une tache par son rapport frontal, noté Rf :
Ce nombre, compris entre 0 et 1, ne dépend pas de la taille du papier : un colorant donné a toujours le même Rf pour un éluant et un papier donnés, ce qui permet de comparer des chromatogrammes faits à des jours différents. Sur la figure, le colorant bleu a un Rf d’environ (250 − 110) / (250 − 70) = 140 / 180 ≈ 0,78 et le jaune (250 − 200) / 180 ≈ 0,28.
La chromatographie est aujourd’hui la technique d’analyse la plus utilisée dans les laboratoires : sous ses formes modernes (chromatographie en phase gazeuse, liquide haute performance), elle détecte le dopage chez les sportifs, les pesticides dans les aliments, les polluants dans l’eau, et sépare les constituants d’un parfum ou d’un médicament.
Exemple 3 — Lire un chromatogramme
On a fait migrer quatre encres : le feutre noir N donne trois taches (bleu, rouge, jaune) ; le feutre vert V donne deux taches (bleu, jaune) ; le colorant bleu seul donne une tache ; le rouge seul donne une tache.
Le feutre noir est un mélange de trois colorants. Le vert n’est pas un colorant vert : c’est un mélange de bleu et de jaune, qui donne du vert à l’œil. Si la tache bleue de N est à la même hauteur que celle du bleu seul, N contient ce bleu. L’absence de tache rouge dans V montre que V ne contient pas de rouge. Un colorant qui ne migre pas du tout (tache restée sur la ligne) est insoluble dans l’éluant : il faudrait en changer.
L’eau du robinet : de la rivière au verre
L’eau distribuée en France provient pour deux tiers de nappes souterraines et pour un tiers de rivières et de lacs. Avant d’être potable, l’eau de rivière subit dans une usine de traitement une succession d’étapes qui reprennent, à grande échelle, les techniques du laboratoire.
Le dégrillage et le tamisage arrêtent branches, feuilles, plastiques. La décantation se fait dans de grands bassins ; on y ajoute un coagulant (sels d’aluminium ou de fer) qui agglomère les particules fines en flocons plus lourds, qui tombent en quelques heures au lieu de plusieurs jours. La filtration sur sable, à travers un mètre de sable fin, retient les particules restantes. Le charbon actif, un charbon rendu extrêmement poreux, fixe à sa surface les molécules responsables des goûts et des odeurs et une partie des pesticides et médicaments. Enfin la désinfection, au chlore (l’odeur de l’eau de certaines villes), à l’ozone ou aux ultraviolets, détruit les bactéries et les virus, que ni la décantation ni la filtration n’avaient retenus. Une petite dose de chlore est maintenue dans le réseau pour que l’eau reste saine jusqu’au robinet.
L’eau qui en sort est potable mais pas pure : elle contient toujours les sels minéraux dissous que le traitement n’enlève pas et qui sont utiles à l’organisme. Le Code de la santé publique fixe une soixantaine de critères (bactéries absentes, nitrates inférieurs à 50 mg/L, plomb inférieur à 10 µg/L, pesticides inférieurs à 0,1 µg/L par substance…), contrôlés en permanence par les Agences régionales de santé. Chaque Français consomme en moyenne 148 litres d’eau du robinet par jour (Observatoire des services d’eau, 2022), dont moins de 2 litres pour boire.
Exemple 4 — Quelle technique dans la maison ?
Associer chaque geste à une technique de séparation : égoutter des pâtes ; laisser reposer un fond de café turc ; faire du café avec un filtre en papier ; faire sécher du linge ; faire évaporer l’eau d’une casserole où l’on a trop salé ; déglacer une sauce pour en retirer la graisse.
Égoutter les pâtes : filtration (la passoire est un filtre grossier). Café turc : décantation (le marc tombe au fond). Café filtre : filtration. Linge qui sèche : évaporation de l’eau, le tissu reste. Casserole trop salée : évaporer l’eau concentre le sel, ce n’est pas une séparation utile ici. Retirer la graisse d’une sauce : décantation de deux liquides non miscibles (la graisse, moins dense, remonte et on la prélève à la cuillère).
Tableau comparatif des techniques
| Technique | Type de mélange | Sépare… | Propriété exploitée | Matériel | Résultat |
|---|---|---|---|---|---|
| Décantation | hétérogène | solide déposé / liquide ; deux liquides non miscibles | différence de masse volumique | bécher, ampoule à décanter | surnageant éclairci mais trouble |
| Filtration | hétérogène | solide en suspension / liquide | taille des particules | entonnoir, papier filtre, bécher | filtrat limpide + résidu |
| Évaporation | homogène | solide dissous (récupéré) / liquide (perdu) | seul le liquide se vaporise | coupelle, chauffage doux | cristaux du solide |
| Distillation | homogène | liquide pur (récupéré) / dissous (reste) ; deux liquides miscibles | températures d’ébullition différentes | ballon, chauffe-ballon, réfrigérant, thermomètre | distillat pur |
| Chromatographie | homogène (colorants) | colorants d’une encre | solubilité et rétention sur le papier | papier filtre, cuve, éluant | chromatogramme |
Un peu d’histoire
La décantation et la filtration sont aussi anciennes que la fabrication du vin et de la bière : les Égyptiens filtraient la bière à travers des tissus il y a 4 000 ans, et Hippocrate recommandait de filtrer l’eau à travers un sac de tissu, la « manche d’Hippocrate ». La distillation est décrite par les alchimistes d’Alexandrie au IIIe siècle et perfectionnée par les savants arabes, dont Jabir ibn Hayyan au VIIIe siècle, qui donnent au monde l’alambic (de l’arabe al-anbiq) et le mot alcool. Les eaux-de-vie apparaissent en Europe au XIIIe siècle.
Le traitement de l’eau des villes commence au XIXe siècle : la première filtration sur sable à grande échelle est installée à Paisley, en Écosse, en 1804, et à Londres en 1829. En 1854, le médecin John Snow montre que le choléra se transmet par l’eau d’une pompe de Londres, ce qui déclenche la construction des réseaux d’eau propre et d’égouts. La chloration systématique commence en 1908 aux États-Unis, l’ozonation à Nice en 1906, et fait reculer en quelques décennies la typhoïde et le choléra dans les pays équipés. La chromatographie est inventée en 1903 par le botaniste russe Mikhaïl Tswett, qui sépare les pigments des feuilles (chlorophylles, carotènes) sur une colonne de craie ; son nom vient du grec khrôma, couleur.
Les erreurs classiques
Croire qu’une filtration purifie. Le filtrat est limpide, pas pur : sel, sucre, colorants dissous traversent le filtre. Filtrer de l’eau salée donne de l’eau salée limpide.
Confondre filtrat et résidu. Le filtrat est ce qui passe (le liquide), le résidu ce qui reste sur le filtre (le solide). Moyen mnémotechnique : le filtrat est le liquide qui a traversé.
Confondre évaporation et distillation. Les deux font bouillir ou évaporer le liquide ; l’évaporation le laisse partir (on garde le solide), la distillation le récupère par condensation (on garde le liquide pur).
Penser que le thermomètre mesure la température du liquide. Dans une distillation, il est placé au niveau du départ de la vapeur, pour mesurer la température de la vapeur qui part vers le réfrigérant : c’est elle qui renseigne sur la pureté du distillat.
Tracer la ligne de dépôt au stylo. L’encre du stylo migrerait avec l’échantillon et fausserait le chromatogramme : on trace toujours au crayon à papier, dont le graphite est insoluble.
Croire que l’eau du robinet est de l’eau pure. Elle est potable, ce qui est une norme sanitaire ; elle contient des sels minéraux dissous et une trace de chlore. L’eau pure, c’est l’eau distillée.
Exercices corrigés
Les trois premiers exercices portent sur le vocabulaire et le choix des techniques ; les suivants demandent de raisonner sur une expérience, de lire un chromatogramme et de calculer.
Vocabulaire
Compléter avec les mots : filtrat, résidu, surnageant, dépôt, distillat, éluant.
- Après décantation, le liquide clair du dessus est le … et le solide du fond est le ….
- Après filtration, le liquide recueilli est le … et le solide retenu par le filtre est le ….
- Le liquide recueilli à la sortie du réfrigérant est le ….
- Le liquide qui monte dans le papier lors d’une chromatographie est l’….
Voir la correction
- surnageant ; dépôt.
- filtrat ; résidu.
- distillat.
- éluant.
Quelle technique ?
Pour chaque mélange, indiquer la technique de séparation la mieux adaptée et ce qu’elle permet de récupérer :
- De l’eau et du sable.
- De l’eau sucrée, on veut le sucre.
- De l’eau sucrée, on veut l’eau.
- De l’huile et de l’eau.
- L’encre d’un feutre violet, on veut savoir combien de colorants elle contient.
Voir la correction
- Décantation puis filtration : mélange hétérogène ; on récupère l’eau (filtrat) et le sable (résidu).
- Évaporation : mélange homogène ; l’eau part, le sucre reste (attention à ne pas le caraméliser).
- Distillation : l’eau se vaporise, se condense dans le réfrigérant et est récupérée pure.
- Décantation (ampoule à décanter) : deux liquides non miscibles, l’huile au-dessus.
- Chromatographie : autant de taches que de colorants (souvent bleu et rouge pour un violet).
Filtrer une eau salée et boueuse
On filtre une eau de mer contenant du sable.
- Décrire l’aspect du filtrat. Est-il pur ? Justifier.
- Que trouve-t-on sur le filtre ?
- On goûte le filtrat (ce que l’on ne fait jamais en laboratoire !) : quel goût aurait-il ?
- Quelle expérience simple permettrait de prouver que le filtrat contient encore du sel ?
Voir la correction
- Le filtrat est limpide (plus de particules) mais pas pur : le sel dissous traverse le filtre.
- Le sable (résidu), et éventuellement des algues ou débris.
- Salé, exactement comme l’eau de mer de départ.
- Évaporer quelques millilitres de filtrat dans une coupelle : il reste des cristaux blancs de sel. (Ou : mesurer la masse volumique, supérieure à 1,00 g/mL ; ou distiller et comparer.)
Suivre une distillation
On distille 200 mL d’eau colorée par du sirop de menthe. On relève la température de la vapeur : 100 °C au début, 100 °C au milieu, 100 °C à la fin.
- Quelle est la couleur du distillat ? Celle du liquide restant dans le ballon ?
- Pourquoi la température reste-t-elle constante à 100 °C ?
- Où est passé le colorant ? Et le sucre du sirop ?
- Pourquoi l’eau du réfrigérant doit-elle entrer par le bas et sortir par le haut ?
Voir la correction
- Distillat incolore ; le liquide du ballon est de plus en plus vert foncé, car il se concentre.
- Parce que la vapeur est celle d’un corps pur, l’eau, qui bout à 100 °C ; tant qu’il reste de l’eau, la température ne change pas.
- Le colorant et le sucre ne se vaporisent pas : ils restent dans le ballon.
- Pour que la chemise du réfrigérant soit toujours pleine d’eau et que l’eau la plus froide rencontre la vapeur déjà partiellement refroidie (circulation à contre-courant) : le refroidissement est plus efficace.
Lire un chromatogramme
Sur un chromatogramme, la ligne de dépôt est à 1,0 cm du bas et le front de l’éluant à 9,0 cm. L’encre X donne des taches à 3,0 cm et 7,0 cm ; le colorant rouge R seul donne une tache à 3,0 cm ; le colorant bleu B seul donne une tache à 7,0 cm ; le colorant jaune J seul donne une tache à 5,0 cm.
- Combien de colorants contient X ? Lesquels ?
- X contient-il du jaune ? Justifier.
- Calculer le rapport frontal du rouge et du bleu.
- On refait l’expérience sur un papier deux fois plus long, le front montant à 17,0 cm. À quelle hauteur attendre la tache du rouge ?
Voir la correction
- Deux colorants : une tache à la hauteur de R (rouge) et une à la hauteur de B (bleu). X est probablement violet.
- Non : aucune tache à 5,0 cm, hauteur du jaune.
- Distance parcourue par le front : 9,0 − 1,0 = 8,0 cm. Rouge : (3,0 − 1,0) / 8,0 = 0,25. Bleu : (7,0 − 1,0) / 8,0 = 0,75.
- Le front a parcouru 16,0 cm ; le rouge garde son Rf = 0,25, donc parcourt 0,25 × 16,0 = 4,0 cm : tache à 1,0 + 4,0 = 5,0 cm du bas.
De la rivière au robinet
Une usine traite 50 000 m³ d’eau de rivière par jour pour une ville de 300 000 habitants.
- Remettre dans l’ordre : désinfection, décantation, filtration sur sable, dégrillage. Justifier l’ordre de la décantation et de la filtration.
- À quelle technique du laboratoire correspond chaque étape ? Laquelle n’a pas d’équivalent parmi les cinq techniques du cours ? Pourquoi est-elle indispensable ?
- L’eau produite contient 80 mg/L de calcium. Quelle masse de calcium un habitant qui boit 1,5 L par jour absorbe-t-il ? L’eau est-elle « pure » ?
- Pourquoi l’usine ne distille-t-elle pas l’eau, ce qui donnerait de l’eau pure ?
Voir la correction
- Dégrillage → décantation → filtration → désinfection. On décante avant de filtrer pour retirer le plus gros des particules et ne pas colmater les filtres.
- Dégrillage et filtration sur sable = filtration ; décantation = décantation ; la désinfection n’a pas d’équivalent : elle détruit les microbes, que ni la décantation ni la filtration ne retiennent, et sans elle l’eau transmettrait des maladies.
- 80 mg/L × 1,5 L = 120 mg de calcium par jour. L’eau contient des sels dissous : elle est potable mais pas pure.
- Distiller 50 000 m³ par jour demanderait une énergie considérable (il faut vaporiser toute l’eau) ; de plus, une eau pure sans minéraux n’est pas souhaitable pour la consommation quotidienne.
Quiz : dix questions pour vérifier
Fiche : ce qu’il faut retenir
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre décantation et filtration ?
Les deux séparent un solide d’un liquide dans un mélange hétérogène. La décantation consiste à laisser reposer : les particules lourdes tombent au fond et on récupère le liquide clair du dessus, mais il reste trouble. La filtration fait passer le mélange à travers un filtre dont les pores retiennent les particules : le filtrat est limpide. En pratique, on décante d’abord, on filtre ensuite.
La filtration donne-t-elle de l’eau pure ?
Non. Le filtre retient les particules solides en suspension, pas ce qui est dissous. De l’eau salée filtrée reste salée ; de l’eau colorée par un sirop reste colorée. Le filtrat est limpide mais c’est encore un mélange homogène. Pour obtenir de l’eau pure, il faut une distillation.
Comment fonctionne la distillation ?
On chauffe le mélange liquide jusqu’à ébullition ; seule l’eau se transforme en vapeur, les sels et la plupart des solides dissous restent dans le ballon. La vapeur est refroidie dans un réfrigérant où elle se condense : le liquide recueilli, le distillat, est de l’eau pure. La distillation sépare aussi deux liquides de températures d’ébullition différentes, comme l’eau et l’alcool.
À quoi sert la chromatographie ?
À séparer et identifier les constituants d’un mélange homogène de colorants : encre, sirop, bonbon. On dépose une goutte sur du papier, dont le bord trempe dans un éluant (eau, alcool). L’éluant monte par capillarité et entraîne les colorants à des vitesses différentes : chacun forme une tache à une hauteur qui lui est propre. Une encre qui donne trois taches contenait trois colorants.
L’eau du robinet est-elle de l’eau pure ?
Non, et heureusement : c’est un mélange homogène d’eau et de sels minéraux dissous (calcium, magnésium, sodium, bicarbonates…) qui lui donnent son goût. Elle est potable, c’est-à-dire sans danger pour la santé selon des normes strictes, mais pas pure au sens du chimiste. L’eau pure est celle qui sort d’une distillation : elle a un goût plat et n’est pas conseillée pour boire tous les jours.
Quelle technique pour récupérer le sel de l’eau de mer ?
L’évaporation. Dans les marais salants, l’eau de mer est étalée dans des bassins peu profonds ; le soleil et le vent font évaporer l’eau, le sel reste et cristallise. Un litre d’eau de mer donne environ 35 g de sel. Au laboratoire, on chauffe doucement une coupelle d’eau salée jusqu’à disparition du liquide. La distillation ferait la même chose en récupérant en plus l’eau.