Module 5: pH et alcalinité

On vient d’apprendre l’importance de la conductivité comme indicateur de la quantité totale d’ions dans un échantillon d’eau. Il y a cependant un ion particulier qu’il est très important: hydrogène H +.

Cet ion est puissant. Est-ce que tu sais pourquoi? Dans cette leçon, on va explorer la puissance de l’hydrogène (c’est-à-dire le pH!) Et pourquoi il est si important pour les plans d’eau.

Leçon 1: Qu’est-ce que le pH et l’alcalinité?

Les ions hydrogène sont puissants. Lorsqu’il y a une abondance d’ions hydrogène dans une solution (c’est-à-dire une concentration élevée de H +) on appelle ce mélange un acide. C’est probablement un terme que tu as déjà entendu! tu peux probablement même penser aux acides courants que tu connais, comme le vinaigre et le just de citron. Lorsque les H + sont chimiquement collés aux atomes d’oxygène, créant un ion différent appelé hydroxyde, OH-, cette solution est appelée basique ou alcalin.

Lorsque les ions H + et OH- sont équilibrés, on dit que l’eau est neutre. Lorsqu’il n’y a pas d’ions dans l’eau, on dit qu’elle est parfaitement neutre.

Pour parler du nombre d’ions H + dans l’eau, on utilise une échelle appelée pH. Elle représente la puissance de l’hydrogène (ou parfois du potentiel!). C’est une échelle qui prend la concentration de H + et la rend plus facile à comprendre en la mettant sur une échelle logarithmique (en gros, prend de très grands nombres et les représente avec des plus petits). Un mélange parfaitement neutre a un pH de 7 et à mesure que les H + augmentent, le pH diminue – un mélange très acide a un pH de 1 et un mélange très basique a un pH de 14.

Échelle de pH

L’alcalinité fait référence à la capacité d’un mélange à résister aux changements de pH – c’est-à-dire aux concentrations d’ions qui peuvent se lier à H + et neutraliser son pouvoir! Les atomes d’oxygène sont une possibilité, mais il existe une variété d’autres ions qui peuvent le faire également. Par conséquent, on peut également mesurer la concentration de ces ions afin de savoir non seulement le pH d’un plan d’eau, mais aussi à quel point il serait difficile de le modifier!

Qu’est-ce qui affecte le pH de l’eau?

Dioxyde de carbone: Les processus de photosynthèse et de respiration des plantes et des algues dans un écosystème aquatique ont une énorme influence sur le CO2 disponible dans l’eau et, par conséquent, sur le pH. Le CO2 peut se lier aux molécules d’eau pour créer de l’acide carbonique – plus de CO2 dans l’eau abaisse le pH. Comme les plantes alternent entre la photosynthèse (consommant du CO2) et la respiration (libérant du CO2) tout au long d’une journée, le pH change sur l’échelle durant la journée.

Facteurs naturels: Un élément important dans la production d’eau avec un pH élevé est le carbonate – présent naturellement dans le calcaire. Les lacs avec un rivage ou un fond de calcaire ont une alcalinité élevée et sont souvent naturellement basiques avec un pH légèrement élevé. Les lacs peuvent aussi naturellement devenir acides dans les bassins versants avec une grande quantité d’aiguilles de pin ou de sapin. Ces aiguilles diminuent le pH du sol sur lequel elles tombent, et la pluie qui s’écoule du sol devient également acide, ce qui diminue le pH d’un lac à son entrée. Il existe de nombreux exemples de ces deux types de lacs au Canada.

  1. Peux-tu penser à un lac que pourrait être naturellement acide ou basique?

Facteurs d’origine humaine: Les infrastructures construites par l’homme et la pollution peuvent également modifier le pH des lacs. On appelle ces facteurs anthropiques. Les pluies acides font baisser le pH des lacs, en raison de la pollution et des émissions atmosphériques qui rendent la pluie plus acide. Les rejets d’eaux usées des installations industrielles et des réseaux d’égouts contiennent souvent des savons et des détergents – qui sont très basiques! Lorsque les eaux usées avec des bases fortes pénètrent un écosystème aquatique, elles peuvent augmenter le pH.

  1. Comment penses-tu que le pH de l’eau pourrait affecter la communauté de vie qui y vit?
  2. Qu’en est-il des personnes, des plantes et des animaux qui vivent dans le bassin versant?

Leçon 2: Pourquoi sont-ils importants?

Semblables aux paramètres qu’on a examinés auparavant (conductivité!), les plans d’eau ont une valeur normale de pH. Découvre quelles sont les valeurs de base pour les plans d’eau importants près de chez toi! Ou mieux encore, faits des recherches avec ton testkit Water Rangers.

Le pH établit les conditions de la facilité avec laquelle les nutriments sont disponibles et de la facilité avec laquelle des éléments comme les métaux lourds (toxicité pour la vie aquatique) peuvent se dissoudre dans l’eau. Les rivières et les lacs varient généralement entre 5 (acide) et 9 (basique) sur l’échelle de pH. Un pH trop élevé (eau basique) ou trop bas (eau acide) par rapport à la ligne de base peut causer une variété de problèmes pour les communautés vivant dans et autour de l’eau.

PH élevé (eau basique)
Lorsque le pH est supérieur aux valeurs normales, cela crée des conditions qui permettent aux nutriments comme le phosphore et l’azote d’être plus biodisponibles (pouvant être utilisés par les êtres vivants). Cela prépare le terrain pour le déclenchement des proliférations d’algues nuisibles. C’est un gros problème dans nos lacs et tu en as probablement entendu parler! Lorsque certaines proliférations d’algues se produisent, il y a des toxines dans l’eau qui la rendent dangereuse.

Un pH entre 8,2 et 8,7 est optimal pour déclencher une prolifération d’algues. Les algues augmentent alors considérablement la quantité de photosynthèse qui se produit dans l’eau – dont un sous-produit est OH-!

  1. Que penses-tu qui arrive au pH quand il y a encore plus de photosynthèse?

Le pH continue d’augmenter et de plus en plus d’algues continuent de croître. Dans le pire des cas, si le pH dépasse 10, l’eau ne pourra plus soutenir une communauté de poissons. Lorsque des proliférations d’algues sont déclenchées (ou, nous voyons un indicateur comme un pic rapide de pH!), des mesures doivent être prises rapidement pour aider à y remédier.

PH bas (eau acide)
Lorsque le pH est bas, l’eau acide peut causer une variété de problèmes pour la vie aquatique qui n’est pas bien adaptée à ces conditions extrêmes. L’eau acide crée des conditions qui réduisent le taux d’éclosion des œufs de poisson, réduisant ainsi la population de poissons et de macroinvertébrés vivant dans un écosystème. Ces créatures remplissent de nombreux rôles cruciaux dans l’écosystème et si leurs populations déclinent, cela peut être un problème majeur pour le fonctionnement de l’écosystème! Les amphibiens sont un autre type de créature qui n’est pas bien adapté à survivre dans l’eau acide. Les grenouilles et les salamandres respirent à travers leur peau qui est très sensible et un pH bas peut être extrêmement nocif pour leur respiration, voire mortel.

L’eau à pH bas est corrosive et peut user les tuyaux métalliques et autres infrastructures humaines, introduisant des métaux lourds dans l’écosystème qui se dissolvent plus facilement dans l’eau acide. Le résultat de ce processus peut rendre l’eau toxique pour la communauté de vie, y compris les poissons, les macroinvertébrés et les amphibiens, mais aussi les humains! Les métaux lourds dissous dans l’eau peuvent causer des dommages irréversibles à la peau et aux organes internes chez les humains et autres animaux.

Alcalinité
Tu vois probablement maintenant que les écosystèmes aquatiques sont très sensibles – le meilleur endroit où être pour la plupart des écosystèmes aquatiques se trouve dans une plage de sécurité autour des valeurs de bases pour le pH (et d’autres paramètres également!). L’alcalinité est importante pour aider à maintenir les systèmes dans cette plage de sécurité. Une alcalinité plus élevée dans l’eau résiste aux changements de pH, et un système à faible alcalinité peut être extrêmement sensible aux perturbations qui font facilement changer le pH.

  1. Peut-on simplement ajouter des produits chimiques pour augmenter l’alcalinité dans les plans d’eau, si cela est si utile? Faits des recherches sur ce qui augmente l’alcalinité et forme un hypothèse.

Une alcalinité trop élevée est liée à la dureté de l’eau (peut-être que si tu as déjà vécu sur un système de puits, tu connais ce phénomène). L’eau dure peut être nocive pour les plantes et laisser des résidus, endommageant les tuyaux et les puits. Il est important d’avoir un certain niveau d’alcalinité pour résister aux perturbations du pH, mais encore une fois, comme tous les paramètres de l’eau, il est préférable de le maintenir près des valeurs normales et stable pour chaque plan d’eau.

Leçon 3: Comment mesurer le pH

C’est en quelque sorte une question amusante. Est-ce que tu sais pourquoi? Le pH est un moyen de mesurer quelque chose d’encore plus spécifique – la concentration de H + dans une solution! Il existe un certain nombre d’outils et de méthodes qui peuvent détecter chimiquement la concentration de H + et effectuer le calcul pour te donner le pH.

De nombreuses méthodes sont disponibles: des capteurs électroniques très sophistiqués aux outils beaucoup plus simples. Tu en as peut-être même déjà utilisé une lors du test de pH dans une piscine: des bandes-tests! C’est ce que nous utilisons chez Water Rangers. Tout ce que tu as à faire est de prendre une bande-tests de ton testkit, de la plonger dans un échantillon d’eau, puis de regarder le changement de couleur et de la comparer au guide de référence sur le flacon. Facile!

Étapes à suivre:

  • Rince ta tasse 3 fois. IMPORTANT! Assure-toi que tes mains sont sèches, car l’humidité dans le bouteille endommagera les bandes-tests.
  • Agite la bouteille pour sortir 1 bande-tests ferme la bouteille.
  • Trempe toute la bande dans l’eau. Retire après 2 secondes.
  • Attends 20 secondes avant de lire.
  • Compare les couleurs avec le guide sur le côté de la bouteille. Aligne la bande de couleur verticalement afin de pouvoir comparer avec l’échelle pour chaque couleur.