Le gerris et la pollution

Quel est l'effet de la pollution par les tensioactifs sur les gerris ?

La présence des gerris révèle t-elle une eau saine ?

Notre constat

La pollution par les tensioactifs est bien souvent liée au rejet de détergents ou de produits ménagers dans les eaux. En effet ces produits sont composés essentiellement de tensioactifs, car ces derniers sont très utiles pour enlever les graisses. Cette pollution est présente dans toutes les eaux mais pour notre part nous allons seulement nous intéresser à l'impact de la pollution par les tensioactifs sur les eaux calmes car c'est là le lieu d'habitat des gerris.

Sur les eaux polluées on remarque, qu'aucun gerris n'est visible tandis que sur les eaux dites « propres » biens souvent, de nombreux gerris sont présents. La pollution par tensioactifs doit donc avoir un effet néfaste sur les gerris.Deux solutions peuvent expliquer ce constat, soit les gerris sont empoisonnés par ces agents tensioactifs en mangeant des animaux eux même contaminés, soit les agents tensioactifs modifient une propriété de l'eau ce qui entraînerait l'immersion des gerris.

Afin d'affirmer ou d'infirmer nos hypothèses nous avons fait une expérience avec un gerris modélisé par nos propres soins. Pour découvrir comment nous avons réussi à modéliser un gerris veuillez cliquer ici.

L'expérience

L'expérience consiste à positionner notre modèle sur de l'eau a température ambiante puis rajouter une goutte de liquide vaisselle ( un tensioactif ionique ) afin de modéliser la pollution par les tensioactifs présents dans l'environnement.

Si le gerris coule cela affirme l'hypothèse 2, si celui ci ne coule pas cela infirme l'hypothèse 2 et potentiellement donnait raison à la première hypothèse.

Nous avons donc réalisé cette expérience :

Comme vous avez pu le voir, le gerris coule immédiatement.
La deuxième hypothèse est alors confirmée, les tensioactifs modifient une propriété de l'eau, ce qui amène le gerris à couler.

L'impact des agents tensioactifs

Nous savons donc que les agents tensio-actif ont un réel impact sur l'eau.
Deux hypothèses s'offrent de nouveaux à nous. Etant donné qu'il n'y a que deux facteurs qui permettent la flottaison du gerris en rapport avec l'eau : la tension superficielle et l'action des poils hydrophobes sur l'eau. Soit les tensioactifs réduisent fortement cette tension superficielle, soit ces derniers modifient les propriétés des poils hydrophobes du gerris.

Cette seconde hypothèse fut vite écartée car notre modèle ne possède pas de poils hydrophobes et pourtant coule lorsque l'eau est en présence de tensioactifs. Il est donc impossible de prouver si les tensioactifs ont une influence sur les poils du gerris mais il est aussi évident les agents tensioactifs réduisent la tension superficielle de l'eau. De ce fait la force qui soutenait les pattes du gerris n'est plus présente, les pattes n'ont plus aucun support donc le gerris coule.

Le fonctionnement des agents tensioactifs

Maintenant que nous savons que les tensioactifs réduisent la tension superficielle de l'eau une autre question nous vient à l'esprit : Comment procèdent-ils ? Par quels procédés les tensioactifs arrivent-ils à réduire la force de la tension superficielle ?

Premièrement, pour comprendre l'action des agents tensioactifs sur l'eau, il faut d'abord comprendre comment celle ci fonctionne.
Il faut savoir que l’eau est polaire car ses centres géométriques des charges positives ( au niveau de l'hydrogène) et négatives ( au niveau de l'oxygène ) ne coïncident pas. De ce fait, l’eau attirera les molécules polaires et repoussera les non polaires.

Ensuite, il faut savoir que les tensioactifs sont composés de molécules amphiphiles. C'est à dire que ces molécules présentent chacune deux extrémités très différentes :

une queue hydrophobe non polaire : une longue chaîne carbonée insoluble dans l'eau
et une tête hydrophile, présentant un pôle d'électronégativité et donc polaire, pouvant se lier avec les molécules d'eau

Ainsi lorsque ces molécules sont en contact avec l'eau, elles s'orientent de manière à ne pas avoir leur tête hydrophobe en contact avec l'eau. Elles se trouvent générallement à la surface de l'eau de cette manière :

En se plaçant ainsi, les « têtes » des tensioactifs s’insèrent entre les molécules d’eau et forment des liaisons avec les molécules d’eau de surface. Cela va consommer des liaisons hydrogènes assurant la cohésion de l’eau et donc cette cohésion est réduite : la tension superficielle est abaissée. Une fois cette tension superficielle réduite, comme nous l'avons dit auparavant, le gerris n'as plus de « support », il coule.

Peut-on prouver le résultat de cette expérience par les calculs ?

Pour cela, reprenons notre ancienne modélisation cylindrique (vue dans la partie “des forces influants sur la flottaison du gerris ”).
Nous avons vu que dans le cas où le gerris flotte, les forces exercées sur son corps se compensent (nous allons prendre en compte la force de la pesanteur et celle de la tension superficielle) : l’équilibre est donc respecté.

Cependant, lorsqu’on ajoute des tensioactifs dans l’eau, le gerris coule. Les forces ne se compensent pas : cela implique théoriquement que la force de la tension superficielle est inférieure à celle de la pesanteur. Pour confirmer (ou infirmer) cette hypothèse, nous allons la vérifier par le calcul en déterminant la valeur de la tension superficielle de l’eau polluée par les tensioactifs.

Nous reprenons la formule de la force de la tension superficielle : $\underset{F}{\rightarrow}=\gamma . l$

$\underset{F}{\rightarrow}$ la valeur de la force de la tension superficielle de l’eau polluée par les tensioactifs (N)
$\gamma$ l’indice de la tension superficielle d’une eau savonneuse (le savon étant un tensioactif) trouvée sur internet, étant donné que nous ne pouvons pas la calculer nous-même (N.m^-1). La valeur de l’indice de tension superficielle de l’eau savonneuse à température ambiante (20°) est de 0.025 N.m^-1
l la longueur de la surface de contact entre l’eau et les poils (résultat dans le calcul de la partie 1 : 0.269 m )

On a donc : $\underset{F}{\rightarrow}$ = 0,025 x 0,269 = 0,00672 = 6,725.10^-3 N

Or $\underset{P}{\rightarrow}$ = 2.10^-2

Donc $\underset{F}{\rightarrow}$ # $\underset{P}{\rightarrow}$ et $\underset{F}{\rightarrow}$ < $\underset{P}{\rightarrow}$

On remarque bien que la force de la pesanteur est plus élevée que celle de la tension superficielle en eau polluée par des tensioactifs (qui n’est pas identique à celle de l’eau sain), ce qui explique pourquoi le gerris coule lorsque des tensioactifs sont ajoutés dans l’eau.

Après ces recherches, nous savons donc pourquoi aucun gerris n'est visible sur les eaux pollués : ils ne peuvent pas se poser sur des eaux polluées car la tension superficielle de ces eaux n'est pas assez élevée pour pouvoir supporter leur poids.
Ainsi les gerris se trouvent être d'excellents bio indicateurs. Leur présence ou leur absence permet de se renseigner sur l'état de l'eau, elle permet de savoir si celle ci est polluée par des tensioactifs ou non.

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