Nitrates dans un ruisseau : 49 mg/L, conforme ou non ?
Dans le cadre d'un projet «sciences et société», des élèves de 2e prélèvent une fois, en mars, de l'eau dans un ruisseau qui alimente un lac de barrage utilisé pour l'eau potable. Après filtration, ils dosent les nitrates par spectrophotométrie; la gamme d'étalonnage est linéaire, et la solution diluée cinq fois (1 volume d'échantillon + 4 volumes d'eau déminéralisée) donne 9,8 mg/L avec un écart-type de 0,6 mg/L sur trois lectures. Le professeur rappelle que la limite de qualité pour l'eau destinée à la consommation humaine est de 50 mg/L de nitrates (NO3⁻). Un élève conclut: «49 mg/L, on est juste en dessous, l'eau est potable; et en azote ça fait 11, donc pas de problème.» Un autre veut écrire dans le rapport final que le ruisseau est «pollué par les nitrates d'origine agricole». Le conseil de classe doit trancher ce qui peut être affirmé.
1. Calculez la concentration de l'échantillon d'origine, estimez son incertitude élargie et dites si l'on peut conclure à un dépassement des 50 mg/L.
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Concentration. La mesure porte sur une solution diluée cinq fois: c = 9,8 × 5 = 49 mg/L NO3⁻.
Incertitude. u(lecture) = 0,6 mg/L, donc u(c) = 0,6 × 5 = 3 mg/L; l'incertitude élargie à k = 2 vaut U = 6 mg/L. Résultat à publier: 49 ± 6 mg/L, soit un intervalle de [43; 55].
Conclusion. L'intervalle encadre 50: la valeur mesurée n'est pas significativement différente de la limite. On ne peut pas conclure au dépassement, ni affirmer la conformité. La formulation correcte est «au voisinage de la limite, avec une incertitude qui ne permet pas de trancher».
Erreurs à éviter. Arrondir 49 à 50 et déclarer «non conforme»; ou pire, rapporter 9,8 mg/L en oubliant le facteur de dilution, ce qui divise le résultat par cinq. Enfin, un point de cadre: la limite de 50 mg/L concerne l'eau destinée à la consommation humaine, pas un ruisseau. Comparer un prélèvement de milieu naturel à une norme d'eau de distribution est un changement de cadre réglementaire, même si la valeur sert de repère pédagogique.
2. L'élève écrit «11 mg/L en azote». Expliquez la conversion et montrez dans quels cas elle piège le raisonnement.
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Conversion. La masse molaire de NO3⁻ est 62 g/mol, celle de l'azote 14 g/mol. Exprimer le résultat en azote nitrique revient à multiplier par 14/62 ≈ 0,226, soit diviser par 4,43: 49 × 0,226 ≈ 11 mg/L NO3-N. Inversement, 11,3 mg/L NO3-N correspondent à 50 mg/L NO3⁻.
Le piège. Deux erreurs symétriques. Comparer 11 à la limite de 50 mg/L NO3⁻ ferait croire à une eau cinq fois plus propre qu'elle ne l'est: on compare des grandeurs exprimées dans deux référentiels différents. À l'inverse, convertir dans le mauvais sens multiplierait le résultat par 4,43 et produirait un faux dépassement massif.
Conséquence pratique. La marge apparente devient infime: 11 mg/L NO3-N contre une limite équivalente à 11,3 mg/L. Avec U = 6 mg/L en NO3⁻, soit environ 1,4 mg/L en azote, la différence de 0,3 mg/L est très inférieure à l'incertitude. La conclusion ne change donc pas, mais elle s'exprime dans l'unité de référence: toujours écrire «mg/L NO3⁻» ou «mg/L NO3-N», jamais «mg/L de nitrates» seul. C'est cette ambiguïté qui fait rejeter des rapports d'analyse en situation réelle.
3. Peut-on conclure à une pollution d'origine agricole ? Proposez un plan de prélèvement et précisez ce qui resterait non établi.
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Non, pas avec ces données. Un prélèvement unique en mars ne décrit ni la variabilité saisonnière (lessivage après épandage, pluies), ni le débit, ni les autres sources: rejet de station d'épuration, assainissement individuel, matière organique du sol. La coexistence d'une valeur élevée et d'une zone agricole n'établit pas l'origine.
Plan proposé. Douze prélèvements répartis sur l'année; deux points, en amont et en aval de la zone suspecte; à débit comparable et hors épisode de crue; un blanc de terrain et un duplicat par campagne; étalonnage avec un matériau de référence certifié; consigner température, débit, pluviométrie des 48 heures précédentes et pratiques culturales déclarées.
Ce qui resterait non établi. L'origine de l'azote: il faudrait un traçage isotopique (δ15N) ou un suivi des pratiques et des effluents pour distinguer engrais minéral, effluents d'élevage et rejets domestiques. Reste aussi non établi le lien avec l'eau potable: le lac est le milieu récepteur, le point de captage et le traitement se situent en aval. Le rapport doit donc distinguer trois registres: ce qui est mesuré, ce qui est interprété, ce qui est hors de portée du dispositif.