Exercice 2 · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Asie 2022 (jour 2)

A partir de l'exploitation de l'ensemble des documents et de l'apport des connaissances nécessaires, expliquer comment la technique développée par l'ONG Project Vesta pourrait contribuer à lutter contre le réchauffement climatique.

Réponse : Introduction : Depuis le début de l'ère industrielle, les activités humaines émettent beaucoup de $\text{CO}_2$, un gaz à effet de serre. Sa teneur atmosphérique est passée d'environ $285\text{ ppm}$ en 1850 à près de $380\text{ ppm}$ au début des années 2000, avec une forte accélération après 1950 (Doc 1). Cette hausse renforce l'effet de serre et provoque le réchauffement climatique. Project Vesta propose d'accélérer un puits de carbone naturel : l'altération des silicates. 1. L'altération de l'olivine consomme du $\text{CO}_2$ (Doc 3) - L'hydrolyse de l'olivine consomme du $\text{CO}_2$ : $$\text{Mg}_2\text{SiO}_4 + 4\text{ H}_2\text{O} + 4\text{ CO}_2 \rightarrow 2\text{ Mg}^{2+} + \text{H}_4\text{SiO}_4 + 4\text{ HCO}_3^-$$ 1 mole d'olivine piège donc 4 moles de $\text{CO}_2$ sous forme de $\text{HCO}_3^-$. - La précipitation des carbonates en libère une partie : $$2\text{ HCO}_3^- + \text{Ca}^{2+} \rightarrow \text{CaCO}_3 + \text{CO}_2$$ Les 4 $\text{HCO}_3^-$ redonnent donc 2 $\text{CO}_2$ et 2 $\text{CaCO}_3$. - Bilan : $4 - 2 = 2$ moles de $\text{CO}_2$ sont retirées durablement par mole d'olivine. Ce carbone est stocké dans les calcaires et les squelettes calcaires, un réservoir à long terme. - L'acide silicique $\text{H}_4\text{SiO}_4$ nourrit les diatomées, qui sont photosynthétiques. Cela peut renforcer la pompe biologique océanique. - À l'inverse, l'hydrolyse du quartz ne consomme pas de $\text{CO}_2$. Le sable de quartz des plages n'a donc aucun effet sur le $\text{CO}_2$. 2. Pourquoi de l'olivine sur des plages agitées (Doc 2, 4 et 5) - Avec agitation, l'olivine libère environ $85\ \mu\text{mol}$ de $\text{H}_4\text{SiO}_4$ par kg d'eau en 88 jours, et cette libération augmente régulièrement. Le quartz plafonne vers $18\ \mu\text{mol/kg}$ (Doc 4). L'olivine s'altère donc bien plus vite et bien plus que le quartz. - Le ratio Mg/Si mesure l'altération des grains : plus il est élevé, moins le grain est altéré. - Il vaut environ 2,1 pour l'olivine sèche ou immergée sans agitation. - Il tombe à environ 1,9 avec agitation, une différence significative (Doc 5). - L'agitation accélère donc l'altération de l'olivine, sans doute en renouvelant les surfaces de contact par les frottements entre grains. Placer l'olivine dans la zone de battement des vagues (Doc 2) maximise ainsi la consommation de $\text{CO}_2$. 3. Un bilan carbone global favorable (Doc 6) - L'extraction, le broyage, le transport et la mise en place émettent $7 + 39 + 3 = 49\text{ kg}$ de $\text{CO}_2$. - L'altération de l'olivine en retire $1049\text{ kg}$. - Le bilan net est donc de $1049 - 49 = 1000\text{ kg}$ de $\text{CO}_2$ retirés de l'atmosphère. Les émissions du projet ne représentent qu'environ 5 % du $\text{CO}_2$ capté. Conclusion : Project Vesta remplace le quartz, inerte, par de l'olivine, très altérable. Il l'installe là où l'agitation des vagues accélère son altération. Cette altération consomme du $\text{CO}_2$ atmosphérique et le stocke durablement sous forme de carbonates, avec un bilan net largement positif malgré les émissions du projet. Appliquée à grande échelle (2 % des plages), la technique pourrait freiner la hausse du $\text{CO}_2$ atmosphérique et donc le réchauffement. Elle reste toutefois un complément à la réduction des émissions.