Sujet du brevet 2018 de sciences — Métropole, Antilles et Guyane (Série générale) — Sciences de la vie et de la Terre, Technologie

Question 1. D'après le document 1, pour être à jour dans sa vaccination contre le tétanos (vaccin Diphtérie-Tétanos-Poliomyélite), il faut avoir reçu une injection à 2 mois, 4 mois, 11 mois, 6 ans, entre 11 et 13 ans, puis des rappels à 25 ans, 45 ans, 65 ans et ensuite tous les 10 ans (75 ans, 85 ans…).

Le carnet de santé du patient indique des injections à 2 mois, 4 mois, 11 mois, 6 ans et 13 ans : jusqu'à 13 ans, il a donc bien suivi le calendrier. En revanche, il a aujourd'hui 33 ans et il aurait dû recevoir un rappel à 25 ans, qu'il n'a pas reçu : sa dernière injection date de 20 ans (33 − 13 = 20 ans).

Le patient n'a donc pas reçu toutes les injections recommandées pour son âge : il n'est plus à jour dans sa vaccination contre le tétanos.

Question 2. On ne peut pas dessiner ici ; voici ce que le schéma doit contenir pour être complet.

• Le dessin : un rectangle représentant la plaquette-test ; à gauche, un petit cercle, la zone de dépôt ; à droite, une fenêtre rectangulaire, la zone de lecture, dans laquelle on trace une seule bande colorée (un seul trait coloré ou hachuré, bien visible). Le reste de la zone de lecture reste blanc : il n'y a pas de deuxième bande.
• Les légendes, reliées au dessin par des traits tracés à la règle : « plaquette-test », « zone de dépôt de la goutte de sang et du diluant », « zone de lecture », « une seule bande colorée ».
• Le titre : « Plaquette-test après dosage rapide des anticorps anti-toxine tétanique : résultat négatif (patient non immunisé contre le tétanos) ».

Justification : d'après le document 2, lorsqu'une seule bande se colore, le patient n'est pas ou est insuffisamment protégé contre le tétanos : le test est négatif. Si deux bandes étaient colorées, le test serait positif et la personne serait immunisée.

Question 3a. Les étapes de l'arbre décisionnel qui conduisent au protocole C sont :

1. Vaccination contre le tétanos à jour ? Réponse : NON (le patient a manqué le rappel de 25 ans, question 1).
2. Le médecin réalise donc le test de dosage rapide des anticorps anti-toxine tétanique.
3. Résultat du test : absence d'anticorps (test négatif, une seule bande colorée, question 2).
4. Le médecin applique alors le protocole C.

Question 3b. Chacun des trois éléments du protocole C répond à un problème différent :

• La prise d'antibiotiques : l'outil de jardinage porte de nombreuses bactéries qui ont pu pénétrer dans la plaie. D'après le document 3 (renvoi 1), les antibiotiques stoppent l'infection due à ces bactéries. Ils agissent sur les bactéries elles-mêmes, mais pas sur la toxine tétanique déjà produite.
• La sérothérapie immédiate : le test montre que le patient n'a pas d'anticorps anti-toxine tétanique, il n'est donc pas protégé. Or la bactérie Clostridium tetani a pu entrer par la plaie et produire sa toxine. D'après le renvoi 2, la sérothérapie injecte directement des anticorps anti-toxine tétanique et la protection est quasi immédiate : ces anticorps neutralisent la toxine tout de suite. Mais cette protection ne dure que quelques jours.
• La vaccination immédiate : d'après le renvoi 3, seule la vaccination assure une immunisation supérieure à 10 ans contre la toxine tétanique. Le vaccin amène les lymphocytes du patient à produire ses propres anticorps anti-toxine, mais il faut un certain temps à l'organisme pour les fabriquer : c'est pourquoi la sérothérapie est indispensable en attendant. La vaccination remet aussi le patient à jour et le protège pour ses futures blessures.

En conclusion, les trois éléments sont complémentaires : les antibiotiques luttent contre l'infection bactérienne, la sérothérapie protège immédiatement mais brièvement contre la toxine, et la vaccination prend le relais pour une protection durable.

Question 1. Tableau de l'annexe complété. Sur le diagramme, les flèches en pointillés représentent des flux d'énergie et les flèches en trait plein des flux d'information.

Justifications :

• ① : le chargeur alimente le module de gestion de l'énergie par le connecteur d'alimentation ; c'est un courant électrique qui transporte de l'énergie (flèche en pointillés).
• ② : le médecin appuie sur le bouton marche/arrêt : c'est une consigne de l'utilisateur, donc une information.
• ③ : le voyant témoin de connexion s'allume pour informer le médecin : signal lumineux, information.
• ④ : l'émetteur envoie un signal sonore (ultrasons) dans le corps de la patiente et son écho revient au récepteur ; c'est cet écho qui permet de construire l'image : il s'agit d'un flux d'information (flèche en trait plein).
• ⑤ : la tablette et le module de communication échangent sans câble les consignes et les images : ondes radio (sans fil), information.

Question 2. Le constructeur doit intégrer la solution Wi-Fi (802.11g / 802.11n).

Critère principal, le débit : la transmission d'une vidéo d'échographie haute définition nécessite un débit de 10 Mbits·s^-1. D'après le document 2 :

• la technologie NFC ne dépasse pas quelques centaines de kbits·s^-1 : elle suffit pour une image par seconde (128 kbits·s^-1) mais pas pour une vidéo HD ;
• le Bluetooth V2 à V4 atteint au mieux quelques Mbits·s^-1, ce qui reste inférieur à 10 Mbits·s^-1 ;
• seul le Wi-Fi offre un débit d'environ 10 Mbits·s^-1 à plus de 100 Mbits·s^-1, suffisant pour la vidéo HD.

Critère secondaire, la portée : le Wi-Fi fonctionne de quelques centimètres à environ 100 m, ce qui convient pour relier la sonde à la tablette tenue par le médecin, à quelques mètres de distance (alors que la NFC ne porte qu'à quelques centimètres).

Question 3. Le cahier des charges demande d'améliorer l'autonomie de la batterie d'un appareil portable. Les exigences déterminantes dans le choix de la batterie Li-ion sont :

• Le rapport énergie stockée / masse : 170 Wh·kg^-1 pour le Li-ion contre 60 Wh·kg^-1 pour le Ni-Cd, soit presque 3 fois plus (170 ÷ 60 ≈ 2,8). Pour une même masse, la batterie Li-ion stocke presque 3 fois plus d'énergie : l'autonomie est bien meilleure sans alourdir l'appareil. C'est aussi le meilleur rapport des quatre batteries (le double du Ni-Mh, 85 Wh·kg^-1, et plus de 4 fois celui du plomb, 40 Wh·kg^-1).
• La pollution : la batterie Li-ion est une source de pollution faible, alors que la batterie Ni-Cd est une source de pollution élevée ; le choix respecte mieux l'environnement.

En revanche, le prix et la durée de vie n'ont pas été déterminants : la batterie Li-ion est la plus chère (0,70 € par Wh contre 0,60 € pour le Ni-Cd) et sa durée de vie est la même que celle du Ni-Cd (2 à 3 ans). Le constructeur a donc privilégié l'autonomie et l'environnement plutôt que le coût.

Question 4. Programme complété (les cases vides de l'annexe dans l'ordre, de haut en bas) :

1. répéter indéfiniment
2. si Charge en cours = Vrai alors
3. si Batterie chargée = Vrai alors → allumer la LED Alimentation à la couleur vert
4. sinon → allumer la LED Alimentation à la couleur orange
5. attendre 1 seconde, puis éteindre la LED Alimentation, puis attendre 1 seconde
6. sinon (la batterie n'est pas en charge)
7. si Batterie déchargée = Vrai alors → allumer la LED Alimentation à la couleur rouge ; sinon → allumer la LED à la couleur vert

Fonctionnement du programme, bloc par bloc :

• La boucle « répéter indéfiniment » traduit le « en permanence » du document 4 : l'état de la batterie est testé sans arrêt.
• Si la batterie est en charge et qu'elle a atteint son niveau chargé, la LED s'allume en vert.
• Si elle est en charge sans être encore chargée, la LED clignote en orange : allumée 1 s, éteinte 1 s, et la boucle recommence.
• Si la batterie n'est pas en charge (« sinon ») : la LED s'éclaire en rouge si la batterie est déchargée, et reste verte sinon.