[Isofer de Keld]

Bonjour,

Je suis enseignant au primaire. Je vais aborder le cycle de l'eau avec mes élèves. Pour les motiver, je souhaite introduire ce thème avec un extrait d'une bande dessinée de Titeuf. L'idée serait de répondre à la question posée par cette bande dessinée.

Dans cet extrait, Titeuf s'exaspère de voir son ami uriner dans la rivière prétextant que son urine va leur retomber sur la tête un jour (cf. le cycle de l'eau). Effectivement, cette réflexion ne manque pas de logique. Pourtant, je doute que cela soit vraiment le cas. On peut, par exemple, faire bouillir de l'eau salée et constater que le sel reste au fond de la casserole. Qu'en est-il de l'urine?

Merci pour votre aide. Vos explications m'éviteront de sacrifier une casserole... même si rien ne vaut une expérience!

[Hadrien]

A priori c'est plus la pollution atmosphérique qui pollue les eaux de pluie. Dans l'eau, l'ammoniac d'origine urinaire est recyclé par les bactéries en nitrites qui sont ensuite recyclées en nitrates utilisées par les plantes aquatiques.

En revanche uriner par terre risque de polluer la pluie :

Citation :

L'analyse des précipitations a été effectuée avant tout dans un but quantitatif et rarement dans un but qualitatif. Les rares exceptions historiques n'étaient pourtant pas sans intérêt (en révélant par exemple qu'au milieu du 19ème siècle, les pluies de Paris étaient chargées d'ammoniaque dégagé par l'urine des chevaux) [...]

Je l'ai tiré d'ici, en recherchant sur les mots : "composition de l'eau de pluie".

Donc en fait si tu veux faire bouillir de l'urine, prends quelques précautions de bonne ventilation

PS: bizarre, les modifications que j'ai faites ont été enregistrées puis elles ont disparues. Du coup je ré-édite pour qu'elles soient bien présentes.

[Isofer de Keld]

Intéressant... Merci beaucoup pour tes recherches!

Est-ce que quelqu'un saurait me donner encore quelques pistes, en partant de la composition de l'urine, à propos de ce qui va réellement ou non s'évaporer dans l'air.

Je repose le problème de départ d'une manière volontairement naïve:

- Quelqu'un urine dans une rivière.
- L'eau de la rivière s'évapore.
- L'urine va-t-elle nous retomber sur la tête un jour?

Je souhaite en fait des éléments de réponse scientifiques qui me permettent d'expliquer à mes élèves que ce petit jet d'urine ne va évidemment pas leur retomber sur la tête un jour.

[tsasuke]

J'adore ce genre de question....
Déjà des gamins au primaire... tu veux pas leur faire un cours de physique chimie?
Puis si c'est pour les encourager à aller se soulager dans le ruisseau derrière l'école parce que les toilettes sont bouchées...
Bon dsl...C'est con je sais , mais le sujet aussi .

[Serafel]

bah il suffit de comparer le debit du jet d'urine à celui de la riviere pour voir quel va etre à la louche le facteur de dilution, ca permet deja de montrer que la polution par l'urine est négligeable. Ensuite tu peux par exemple prendre une solution colorée et la diluer du meme facteur et montrer qu'on ne vois quasiment plus la couleur (par exemple avec du sirop de menthe ou de grenadine).

Plus dans le detail, imaginons une riviere de section rectangulaire de 5m de large et de 2m de profondeur, si la vitesse de l'eau est de 1m/s, ca donne un débit de 10 m³/s. A comparer avec le jet d'urine, 2 mm de diametre, une vitesse de 2 m/s, ca donne un debit de 2 10^-5 m³/s si je me trompe pas. En gros faut diviser par 1 000 000.
Apres tu prends un verre de menthe a l'eau, avec une bonne coloration, tu préleves 1 ml, tu le verses dans une bouteille d'un litre, tu preleves un mL de ce litre et a nouveau tu le dilues dans 1 litre, et tu regardes la couleur. Ca doit plus etre trop vert normalement, donc en premiere approximation tu peux dire que ca pollue pas (et a priori on sous estime la dilution ici).

[Isofer de Keld]

Citation :

Publié par tsasuke

J'adore ce genre de question....
Déjà des gamins au primaire... tu veux pas leur faire un cours de physique chimie?
Puis si c'est pour les encourager à aller se soulager dans le ruisseau derrière l'école parce que les toilettes sont bouchées...
Bon dsl...C'est con je sais , mais le sujet aussi .

Cette question n'est qu'un prétexte pour aborder la véritable notion qui m'intéresse moi et mes élèves: le cycle de l'eau.

La question posée par Titeuf n'est donc pas du tout une question centrale mais elle sert de motivation pour les élèves à se lancer dans diverses recherches et expériences autour du cycle de l'eau. C'est ce qu'on appelle une "situation problématique". Elle offre en quelque sorte un défi à relever aux élèves et donne du sens aux expériences qu'ils vont mener. Je trouve cela beaucoup plus motivant que de leur demander d'ouvrir leur livre à la page X et de lire l'explication du cycle de l'eau.

Pour ce qui est des précisions scientifiques demandées, elles m'intéressent moi avant tout. Je ne vais pas forcément les exposer telles quelles à mes élèves. Par ailleurs, si un élève venait à me poser une question à ce sujet, je saurai au moins quoi lui répondre.

Si j'ai posé la question dans ce forum, c'est que je croyais savoir que beaucoup d'étudiants en filières scientifiques le consultaient. Mais je mène cette même discussion dans d'autres forums plus spécialisés et crois-moi, la question est loin d'être aussi bête que tu sembles le penser.

[Isofer de Keld]

Citation :

Publié par Serafel

bah il suffit de [...]

Tout à fait, je suis bien d'accord. Mais ma question était plutôt de savoir ce qui subsistait de l'évaporation d'urine. Je souhaitais avoir la confirmation qu'en faisant bouillir de l'urine, seule de l'eau s'en évaporait (eau consommable donc) et connaître ce qui restait au fond de la casserole.

A priori, j'étais convaincu que oui: seule de l'eau s'en évapore. Et il semble que cela soit le cas comme me l'ont confirmé des spécialistes sur un autre forum.

Quant à ce qui resterait au fond de la casserole, ce serait de l'urée et divers sels minéraux.

Les traces d'urine de chevaux qu'on a retrouvées dans l'eau de pluie (cf. citation d'Hadrien) seraient de l'amoniaque, produit de la putréfaction de l'urine. Comme je l'ai compris, ce n'est donc pas lié au phénomène de l'évaporation.

[Moonheart]

Il me semble à moi aussi que l'urée n'est pas un produit qui s'évapore...
Par contre, l'ammoniaque qui peut résulter de la décomposition de l'urée, moins sûr.

Au final, quand on pisse dans une rivière, on reçoit peut-être de l'eau ammoniaquée sur la tête en retour?

[Isofer de Keld]

C'est exactement la question que je me pose... et savoir si la présence de cet amoniaque dans l'eau de pluie résulte vraiment de l'évaporation.

[Moonheart]

Je ne sais pas... il y a combien de processus naturels qui produisent de l'ammoniaque?

[Isofer de Keld]

Bon, après avoir fait le tour de la question:

L'amoniac est le résultat de l'action de bactéries sur l'urée. C'est un produit de la putréfaction comme je l'ai dit plus haut. Si l'urine est laissée trop longtemps à l'air les bactéries agissent, et il y aura de l'ammoniac dans l'urine. Et cet ammoniac passerait dans la vapeur si on distille.

Par contre, dans de l'urine fraiche, il ne devrait y avoir de traces d'ammoniac ou très peu (de 10-5 à 10-4 moles par litre). Par conséquent, la réponse à la question implicitement posée par Titeuf est:

Non. Comme l'eau est la seule substance qui s'évaporera de l'urine, il ne risque pas de se faire "faire dessus" à la prochaine précipitation.

Désolé pour ceux qui n'ont pas compris le sens de ma question et le pourquoi de ces interrogations.

La reponse est bien evidement non car l'urine n'est pas un composé chimique. elle n'a pas de temperature de vaporation ou de fusion, c'est une soupe, un tout. Si un (ou plusieurs) des elements qui la compose s'evapore, et nous retombe dessus, ca n'est plus de l'urine, peu importe si une de ses molecules etait presente dans de la pisse 2 jours plus tot. (Ou sinon, on pourrait dire qu'on est tous des legumes, ou des cacas, etant donnée que les molecules ou atomes qui nous composent on surement, un jour ou l'autre, fait partie de ces choses)

Bref, meme si de l'ammoniac nous tombe dessus, c'est de l'ammoniac, pas de l'urine. Idem pour l'eau.

[Moonheart]

+1 Moxiken



Sinon Isofer, ton raisonnement à une faille: si l'eau de l'urine s'évapore, il reste l'urée.... oui, mais dans quoi déjà on a versé l'urine déjà, dans notre problème?
Ah oui, une rivière!

Est-ce que toute l'eau de la rivière va s'évaporer tant que l'urine est "fraîche" ?
J'en doute... l'urée va donc rester dans l'eau jusqu'à ce qu'elle soit complètement décomposée et donc l'ammoniaque sera bien présent dans l'évaporation.

[Wes Barfog]

Qu'est ce que tu comptais faire avec la casserolle ? :s

[Mardil]

Y'a juste un point qui me fait tiquer dans ces raisonnements, mais je ne suis pas du tout sur de moi.

A priori, l'urine a une odeur caractéristique. Par conséquent, ça veut a priori dire qu'il y a des composés volatils dans l'urine, qui vont se retrouver dans l'atmosphère. (du moins volatils à la température de l'urine fraîche, c'est à dire un peu en dessous de 37°)
Ensuite, quand il va pleuvoir, il est vraisemblable que ces composés pourront se ressolubiliser dans les gouttelettes de pluie.

Ceci étant dit, je suis tout à fait convaincu que ça ne va pas peser bien lourd, et qu'en terme de masse, c'est infime par rapport à la masse totale d'urine, d'autant que ça ne concernera qu'une petite partie des multiples composés qui composent l'urine. Mais tout de même, par définition, si on peut le sentir, c'est qu'il y a quelque chose qui est passé dans l'air et qui n'est pas juste de l'eau. (et vue l'odeur, dans le lot, il y a des composés organiques.)

[Kenshin | KaMi]

Citation :

Publié par Moonheart

Je ne sais pas... il y a combien de processus naturels qui produisent de l'ammoniaque?

Oula, je crois que la plupart des "vers microscopiques" au moins présents par centaines de milliers/cm² en produisent comme déchets, donc..

[pamoipamoi]

Citation :

Publié par Mardil

Y'a juste un point qui me fait tiquer dans ces raisonnements, mais je ne suis pas du tout sur de moi.

A priori, l'urine a une odeur caractéristique. Par conséquent, ça veut a priori dire qu'il y a des composés volatils dans l'urine, qui vont se retrouver dans l'atmosphère. (du moins volatils à la température de l'urine fraîche, c'est à dire un peu en dessous de 37°)
Ensuite, quand il va pleuvoir, il est vraisemblable que ces composés pourront se ressolubiliser dans les gouttelettes de pluie.

Ceci étant dit, je suis tout à fait convaincu que ça ne va pas peser bien lourd, et qu'en terme de masse, c'est infime par rapport à la masse totale d'urine, d'autant que ça ne concernera qu'une petite partie des multiples composés qui composent l'urine. Mais tout de même, par définition, si on peut le sentir, c'est qu'il y a quelque chose qui est passé dans l'air et qui n'est pas juste de l'eau. (et vue l'odeur, dans le lot, il y a des composés organiques.)

Ca ne reste qu'une odeur d'urine, mais pas de l'urine.

Voire la problématique initiale

[Mardil]

@pamoipamoi
Oui et non.
L'un des points qui me semble très intéressant à creuser dans la problématique initiale (problématique qui est là pour être dépassée, si je suis bien ce que cherche à faire Isofer), c'est justement "qu'est-ce qu'on appelle l'urine", où, plus généralement, dire que 'ça va me retomber dessus sous forme de pluie", ça veut dire quoi ?

Je reprends :
L'urine, essentiellement, c'est un liquide qui est produit par les reins. Il a un certain nombre de caractéristiques, entre autres, une concentration en certains sels minéraux qui est précisément déterminée. (Le fonctionnement du rein impose une concentration bien précise en sels)
Par conséquent, le simple fait de diluer l'urine dans de l'eau, ça te donne quelque chose qui n'est plus de l'urine, et qui n'aurait pas pu être produit par les reins. De ce point de vue, si on veut être vraiment rigoureux, le simple fait que l'urine puisse être diluée dans l'eau de pluie fait que ça n'est plus de l'urine.

Ceci étant dit, cette réponse n'est pas réellement satisfaisante, puisque quand on parle d'urine dans ce genre de contexte, globalement, les sels minéraux, on s'en fout un peu, et implicitement, ce qui est intéressant, ça n'est pas les sels qu'on peut retrouver dans plein d'autres liquides, mais plutôt les composés organiques spécifiques à l'urine. Parmi ceux-ci, mais pas exclusivement, l'urée.
D'autres composants spécifiques de l'urine, ce sont les composés volatils responsables de son odeur. Et ceux-ci, effectivement, ont toutes les chances de se retrouver dans l'eau de pluie. (moyennant la question de la dilution, dont a très bien parlé Sérafel, et qui constitue une autre approche de la problématique initiale)
Par contre, les composés lourds, eux, ne vont pas s'évaporer, et a priori ne tomberont pas sous forme de pluie.

Bref, parmi les composés organiques caractéristiques de l'urine, la conclusion, c'est que certains vont se retrouver dans la pluie, et d'autres non.
Conclusion : ce qui caractérise l'urine, c'est d'avoir certains composés caractéristiques, ou de tous les avoir ? Si oui, dans quelle proportion ? Jusqu'à quelles dilutions ? est-ce qu'il faut garder les mêmes rapports de concentrations hors solvant ? Suivant les réponses, il faut répondre oui ou non à la question de Titeuf. Et les réponses à ces questions sont purement conventionnelles, il s'agit de choix à faire pour une définition "en langage courant" de ce qu'est l'urine, sachant que de toute manière, si on prends une caractérisation "médicale" de l'urine, le simple fait de faire une dilution 1/2 dans un verre d'eau donnerait une solution qui n'est pas de l'urine. (mais comme la définition "médicale" n'est pas celle sous-entendue par Titeuf dans sa phrase, il faut bien l'élargir un peu. Tout le monde sait, à part un scientifique, que de l'urine diluée à 1/2 reste de la pisse... Toute la question étant alors de savoir comment élargir la définition, ce qui comporte une part d'arbitraire)
D'ailleurs, on pourrait en profiter pour embrayer sur les besoins de définitions précises et nettes en sciences.

[Seikan]

Je suis 100% d'accord avec Mardil.

Et j'enfoncerais le clou en disant qu'il ne faut pas se fermer à répondre "Non" à Titeuf. On ne reçoit pas l'Urine dans son entier, certes, mais on reçoit quelques uns de ses composants.
Après les "Aaaahhhh Beerrrrk" lancés par toute la classe suite à l'affirmation ci-dessus (), tu peux faire une petite parenthèse sur le phénomène de dilution avec une expérience toute simple : prendre un récipient rempli d'eau, y verser une goûte d'une solution colorée, et demander aux élèves d'essayer de la distinguer ensuite ==> impossible. (cf @Sérafel)

[Eored]

Attention, vous êtes en train de respirer votre grand-père...

Nan mais franchement... Une molécule d'eau est une molécule d'eau, peut importe qu'elle vienne d'urine, de respiration ou de sueur due au coït qui vous a engendré.

Jusqu'à preuve du contraire l'eau n'a pas de mémoire...

Donc on ne se prend pas l'eau de son urine sur la tête (sauf s'il y a du vent)

[Mardil]

Citation :

Publié par Isofer de Keld

Si j'ai posé la question dans ce forum, c'est que je croyais savoir que beaucoup d'étudiants en filières scientifiques le consultaient. Mais je mène cette même discussion dans d'autres forums plus spécialisés et crois-moi, la question est loin d'être aussi bête que tu sembles le penser.

D'expérience, il n'y a pas de questions "bêtes" ou "faciles" en physique dès lors qu'on part d'une situation réelle et non encore modélisée. Juste des niveaux de réponses plus ou moins poussés.

[Mardil]

Citation :

Publié par Eored

Attention, vous êtes en train de respirer votre grand-père...

Nan mais franchement... Une molécule d'eau est une molécule d'eau, peut importe qu'elle vienne d'urine, de respiration ou de sueur due au coït qui vous a engendré.

On ne te parle pas des molécules d'eau, mais des composés organiques volatils présents dans l'urine et spécifiques à cette dernière. (et ils existent, puisque l'urine a une odeur spécifique.)

[Eored]

Oui, mais on s'en tape. Les COV ont une grosse tendance à subir quelques transformations physico-chimiques.

[Tafaute]

Tout est question de la composition de la vapeur.
C'est le principe de la distillation.
En effet, vous avez cité l'exemple de l'eau salée.
Grossièrement, il est vrai que la vapeur, qui s'échappe d'une casserole d'eau salée bouillante, est moins chargé en sel que le liquide restant dans la casserole.
Mais si la vapeur qui se dégage contient moins de sel que le liquide, elle en contient quand même une bonne partie.
On dit que "la fraction en sel diminue" dans l'eau distillée.
Dans d'autre cas, c'est le contraire, la vapeur peut s'enrichir en un composé.


Tout cela est une histoire de diagramme binaire: il permet de connaître la composition d'un mélange de deux constituants en phase gaz ou liquide en fonction de la température à pression constante.



[Théorie]

Voila la tête que cela a.
Dans cette exemple, on étudie un liquide constitué de A et de B (A et B étant deux liquides miscibles, par exemple l'eau et l'éthanol), c'est le diagramme de gauche.

La constitution du mélange est donnée en abscisse par la fraction en A allant de 0 (que du B) à 1 (que du A).
En ordonnée est indiquée la température, TbA représente la température d'ébullition de A, TbB celle de B. On voit donc que TbA<TbB, ce qui veut dire que A est plus volatil que B.
Ensuite, le diagramme est constitué de deux courbes séparant 3 zones:
*zone du bas: liquide
*zone central (entre les deux courbes): liquide+vapeur
*zone du haut: vapeur
Les deux courbes sont nommées courbe d'ébullition (pour celle du bas) et courbe de rosée (ou condensation, pour celle du haut).
[/Théorie]



[Pratique]
Dans cette exemple, on se place dans un mélange où la fraction en A est xA. On prend donc le liquide correspondant (xA mol de A et 1-xA mol de B).
On chauffe ce liquide, T augmente jusqu'à la courbe d'ébullition (c'est la flèche en pointillée montante) on a alors formation de vapeur.
On a donc un mélange de liquide et de vapeur. Lorsque l'on a un mélange de liquide et de vapeur, la température reste constante jusqu'à ce que le liquide soit totalement transformé en vapeur. C'est pour cela que l'on observe un plateau (flèche pleine) qui s'arrête lorsque le mélange arrive sur la courbe de rosée: le mélange est alors composé uniquement de gaz.
On voit donc que lors de ce plateau la constitution du mélange en A et en B change: en effet la vapeur obtenue peut être recondensée en liquide, et on voit que ce liquide contient yA mol de A. Or yA>xA, donc on a obtenu un liquide enrichi en A, le composé le plus volatil.
Cette opération s'appelle une distillation;
[/Pratique]



[Application à l'eau salée]
Si l'on applique ce procède à l'eau et au sel (dissous dans cette eau), on voit que le fait de faire une seule distillation va réduire la quantité de sel dans la vapeur et augmenter la quantité de sel dans la casserole.
Or le sel est relativement peut soluble dans l'eau et précipite facilement s'il est en trop grand excès, donc le sel restant dans la casserole va finir par se recristalliser: c'est le principe des marais salant.
La vapeur quand à elle contient moins de sel, mais en contient toujours une partie.
On peut diminuer encore cette partie de sel en refaisant une distillation qui va encore réduire la fraction de celle, puis une autre, puis encore, etc... On fait des distillations successives pour au final atteindre l'eau pure.
[/Application à l'eau salée]



[Problème des azéotropes à minimum]
Dans le cas du sel, il est assez facile d'obtenir de l'eau pure, mais dans le cas d'autre mélange, une partie du liquide reste souillée.
C'est le cas de l'eau et de l'éthanol. On essaye ici de purifier l'éthanol (c'est la distillation alcoolique).
Dans ce cas peut importe le nombre de distillation que l'on utilise, on ne peut obtenir un éthanol pur qu'à 95%, les 5% restant étant de l'eau.
En effet, lorsque l'on a ce mélange de 95%éthanol/5%eau, il se forme un mélange très stable nommé azéotrope à minimum.
Cette azéotrope a la propriété de pas changer de constitution lors de la transition liquide->vapeur ou vapeur->liquide.
Ceci se traduit sur le diagramme binaire par la juxtaposition des courbes de rosée et d'ébullition en un point:

Une fois que l'on est dans la "cuvette" de l'azéotrope, on ne peut plus en sortir par distillation.

Ce phénomène d'azéotrope n'est pas rare, beaucoup de mélange présente ce type de profil ce qui rend la purification des mélanges très difficile.
[/Problème des azéotropes à minimum]



[Application à l'eau de pluie]
L'eau "naturelle" est constituée majoritairement d'eau mais aussi de plus d'une centaine d'autres constituants (ions, molécule, protéine, micro-organisme).
Ainsi l'eau est un réalité un mélange d'une multitude de composée.
Lors de l'évaporation, la vapeur peut donc soit se charger en constituant, soit se charger en eau.
Comme nous l'avons vu précédemment, la vapeur se charge essentiellement en eau, mais des traces d'autres constituants peuvent subsister pour deux raisons:
*d'une part l'évaporation ne représente qu'une seule distillation.
*d'autre part, l'existence de mélange stable (azéotrope à minimum).
Ainsi, même en faisant abstraction de la pollution atmosphérique, l'eau de pluie qui nous tombe sur la tête n'est jamais pure à 100%, il peut rester pas mal de composés en quantité infime.

Une petite remarque au passage: ce ne sont pas forcement les composants les plus léger qui passe dans la vapeur d'eau. Notament des bactéries, et quelques être pluricellulaire (larve de petit crustacé), qui sont bien plus lourd que des ions ou des molécules, peuvent être entraînés avec la vapeur d'eau.
[/Application à l'eau de pluie]



[Pluie constituée d'urine]
Dans ton exemple, il s'agit d'uriner dans une rivière puis d'évaporer cette eau.
L'urine est essentiellement composée d'eau,mais aussi d'ions (Sodium et Chlore) et de déchet organique (urée, protéine).
Le fait d'uriner dans la rivière va avoir pour effet de grandement diluer les
composés de l'urine.
De plus l'évaporation qui s'en suit va encore diminuer la part de ces composés.
Donc l'eau de pluie qui retombera contiendra une partie infime des composés de l'urine mais cette partie sera très certainement non détectable: la pluie n'aura ni l'odeur ni le goût ni la couleur de l'urine.
Mais microscopiquement, elle contiendra des traces d'urine quand même
[/Pluie constituée d'urine]

[tsasuke]

Citation :

Publié par Isofer de Keld

Si j'ai posé la question dans ce forum, c'est que je croyais savoir que beaucoup d'étudiants en filières scientifiques le consultaient. Mais je mène cette même discussion dans d'autres forums plus spécialisés et crois-moi, la question est loin d'être aussi bête que tu sembles le penser.

La question non, mais le contexte... Enfin désolé, cela n'avait pas pour but de te vexer. Mais l'idée d'expliquer ca à des enfants de primaire...

Sinon la question de l'évaporation de l'eau et des composants qui y sont mélangés n'est pas inintéressante. Y'a qu'a voir les réponses.