Sujet du brevet 2024 de sciences — Pays du groupe 1 (Série générale) — Physique-Chimie, Sciences de la vie et de la Terre

Partie A – Les coraux (5 points)

1. Les eaux de mer favorables aux coraux ont un pH compris entre 8,0 et 8,4. Ce pH est supérieur à 7. Or une solution est acide si son pH est inférieur à 7, neutre s'il est égal à 7 et basique s'il est supérieur à 7. Les eaux de mer favorables aux coraux sont donc des solutions basiques.

2. La formule chimique du carbonate de calcium est CaCO₃. Elle contient :

• 1 atome de carbone C (le symbole C n'a pas d'indice, ce qui signifie 1) ;
• 3 atomes d'oxygène O (indice 3 placé en bas à droite du symbole O).

Elle contient aussi 1 atome de calcium Ca.

Partie B – L'environnement marin des coraux (9 points)

3. D'après le document 2, l'ion calcium Ca²⁺ se met en évidence avec l'oxalate d'ammonium. Protocole :

1. Verser un peu de l'échantillon d'eau de mer testée (environ 2 cm de hauteur, soit quelques millilitres) dans le tube à essai.
2. À l'aide du compte-gouttes 2, ajouter quelques gouttes de solution d'oxalate d'ammonium dans le tube.
3. Observer le contenu du tube.

Schéma possible : un tube à essai contenant de l'eau de mer, avec au-dessus le compte-gouttes 2 légendé « oxalate d'ammonium ».

4. Si l'eau de mer contient des ions calcium Ca²⁺, on observe la formation d'un précipité blanc dans le tube à essai après l'ajout d'oxalate d'ammonium (document 2).

5. Masse de l'eau de mer : c'est la différence entre la masse de l'éprouvette pleine et celle de l'éprouvette vide.

$m=119-47=72$ g

Volume de l'eau de mer : on lit le niveau du liquide sur l'éprouvette, graduée de 10 mL en 10 mL. Le niveau se trouve trois graduations sous 100 mL, donc $V=70$ mL.

Masse volumique :

$$\rho =\frac{m}{V}=\frac{72}{70}\approx 1,03$$

La masse volumique de l'échantillon d'eau de mer est ρ ≈ 1,03 g/mL, soit environ 1 030 g/L (ou 1,03 kg/L). Elle est un peu plus grande que celle de l'eau pure (1 g/mL), à cause des sels dissous.

Partie C – Descente d'un plongeur (6 points)

6. Le poids P modélise l'action exercée par la Terre : il est vertical et orienté vers le bas (vers le centre de la Terre). Sur le document 3, le segment fléché orienté vers le bas est le segment B. Le poids du plongeur correspond donc au segment fléché B ; le segment A, orienté vers le haut, représente la poussée d'Archimède F.

7. Le poids se calcule par la relation :

$$P=m\times g$$

avec m = 90 kg et g = 10 N/kg :

$P=90\times 10=900$ N

Le poids du plongeur vaut P = 900 N.

8. On compare les deux forces : P = 900 N et F = 850 N. Comme 900 N > 850 N, la valeur du poids est supérieure à la valeur de la poussée d'Archimède. D'après la condition donnée, le plongeur va pouvoir descendre.

Partie D – Profondeur de plongée (5 points)

9. Démarche : pendant la durée T = 0,04 s, le signal sonore fait un aller-retour : il descend jusqu'au fond marin puis remonte jusqu'au bateau. Il parcourt donc la distance 2d, à la vitesse v = 1 500 m/s.

Distance parcourue par le signal pendant l'aller-retour :

$$v=\frac{2d}{T}$$

donc :

$$2d=v\times T=1500\times 0,04=60$$

Le signal parcourt 60 m au total. La profondeur est la moitié de cette distance :

$$d=\frac{v\times T}{2}=\frac{60}{2}=30$$

Le fond marin se trouve à une profondeur d = 30 m.

Question 1. D'après le document 1 :

• l'organisme vivant responsable de la maladie (l'agent pathogène) est le Plasmodium, un parasite dont les cellules sont présentes dans les glandes salivaires du moustique et qui infecte ensuite l'être humain (étapes 1 à 4) ;
• l'organisme vivant qui assure sa transmission d'un individu à l'autre (le vecteur) est le moustique anophèle femelle : en piquant un individu atteint de paludisme, il prélève du sang contenant le parasite, puis il le transmet à un autre individu lors d'une nouvelle piqûre (le mâle, lui, ne pique pas).

Question 2. Les deux réponses correctes sont :

• a. Le nombre de cas de paludisme était plus élevé en 2005 qu'en 1980 au Panama : au Panama (courbe grise), on compte environ 4 000 cas en 2005 contre quelques centaines de cas seulement en 1980.
• c. Au Costa Rica, le nombre de cas de paludisme est passé d'environ 1000 cas à environ 7000 cas au début des années 1990 : la courbe noire passe d'environ 1 000 cas en 1990 à un pic d'environ 7 000 cas vers 1992.

Les deux autres propositions sont fausses :

• b est fausse : au Panama, le nombre de cas passe bien d'environ 1 000 cas au début des années 2000, mais il atteint au maximum environ 5 000 cas (vers 2004), et non 7 000 ;
• d est fausse : la très forte augmentation a lieu d'abord au Costa Rica, au début des années 1990, puis au Panama, au début des années 2000, soit environ dix ans plus tard.

Question 3.

Je vois dans le document 3 que les amphibiens adultes sont des prédateurs principalement insectivores : ils mangent des insectes aquatiques et terrestres, parmi lesquels les moustiques, mais aussi « leurs œufs tel que les œufs de moustiques ».

Je sais d'après le document 1 que le paludisme est transmis d'une personne à une autre par la piqûre du moustique anophèle femelle, qui porte le parasite Plasmodium.

J'en conclus que la disparition des amphibiens supprime un prédateur naturel des moustiques. Moins d'œufs et d'adultes sont mangés, donc les moustiques, dont les anophèles, deviennent plus nombreux. Il y a alors davantage de piqûres, donc davantage de transmissions du Plasmodium d'un individu malade à un individu sain : le nombre de cas de paludisme augmente.

Enchaînement : disparition des amphibiens → moins de prédation sur les moustiques et leurs œufs → plus de moustiques anophèles → plus de piqûres → plus de transmission du Plasmodium → plus de cas de paludisme.

Question 4.

L'exemple du Costa Rica et du Panama montre qu'une atteinte aux écosystèmes peut avoir des conséquences directes sur la santé humaine.

D'abord, les écosystèmes des amphibiens sont menacés par les activités humaines. Le document 4 indique que 40 % des espèces d'amphibiens sont en voie d'extinction, à cause de la destruction de leur habitat, du changement climatique et surtout de la chytridiomycose, une maladie causée par un champignon venu d'Asie qui s'est répandu dans le monde entier « à cause du commerce international ». Le document 2 précise que le nombre d'amphibiens décline au Costa Rica et au Panama à partir des années 1980.

Ensuite, ce déclin a été suivi, quelques années plus tard, d'une forte hausse des cas de paludisme : au Costa Rica, on passe d'environ 1 000 cas en 1990 à environ 7 000 cas vers 1992 ; au Panama, d'environ 1 000 cas à environ 5 000 cas vers 2004 (document 2). Les documents 1 et 3 expliquent ce lien : les amphibiens mangent les moustiques et leurs œufs ; sans eux, les moustiques anophèles, vecteurs du Plasmodium, prolifèrent et transmettent davantage la maladie.

Ainsi, la santé humaine dépend de l'équilibre des écosystèmes : en détruisant la biodiversité (ici les amphibiens, prédateurs des moustiques), l'être humain favorise la propagation de maladies infectieuses. Préserver les écosystèmes, par exemple en protégeant les habitats des amphibiens, en limitant le changement climatique et en contrôlant les échanges d'êtres vivants liés au commerce international, c'est donc aussi protéger la santé humaine. C'est l'idée d'une « seule santé », qui relie la santé humaine, la santé animale et celle des écosystèmes.