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

Partie A – Son émis par une bouée (4 points)

1. D'après le document 1, les sons graves ont une fréquence comprise entre 20 Hz et 200 Hz. Or $20<85<200$ : le signal de fréquence 85 Hz appartient au domaine des sons graves.

2. On convertit : 25 000 Hz = 25 kHz. D'après le document 1, les ondes de fréquence supérieure à 20 kHz sont des ultrasons. Or $25>20$ : un signal de 25 000 Hz est un ultrason, qui n'est pas perçu par l'oreille humaine. Les marins ne l'entendraient pas : il ne peut donc pas servir à les avertir.

Partie B – Obstacle signalé par une bouée (5 points)

3. Le schéma correct est le schéma D. Dans le modèle du rayon lumineux, la lumière se propage en ligne droite (dans un milieu homogène comme l'air), et le rayon est représenté par une droite munie d'une flèche qui indique le sens de propagation, de la source (la bouée) vers le récepteur (l'œil du marin).

• Schéma A : faux, le trajet est courbe.
• Schéma B : faux, il n'y a pas de flèche indiquant le sens de propagation.
• Schéma C : faux, la flèche va de l'œil vers la bouée ; or c'est la lumière émise par la bouée qui entre dans l'œil.

4. La lumière arrive quasi instantanément : la durée de 2 s est donc la durée mise par le son pour parcourir la distance d.

$$d=v_{son}\times t$$

$$d=330\times 2=660\text{ m}$$

La bouée se trouve à une distance d = 660 m du marin.

Partie C – Remplacement d'une bouée flottante (5 points)

5. Longueur du segment fléché : avec l'échelle 1 cm pour 2 000 N,

$$\ell =\frac{12000}{2000}=6\text{cm}$$

On dessine un triangle qui représente la bouée, puis on représente le poids $\overrightarrow{P}$ par une flèche :

• point d'application : le centre du triangle (centre de gravité de la bouée) ;
• direction : verticale ;
• sens : vers le bas (vers le centre de la Terre) ;
• longueur : 6 cm ; on note $\overrightarrow{P}$ à côté de la flèche.

6. La capacité de levage du bateau-grue est de 1 500 kg. La force maximale que peut exercer son câble est égale au poids d'une masse de 1 500 kg :

$$F_{max}=m\times g=1500\times 10=15000\text{ N}$$

Or $15000\text{ N}>12000\text{ N}$ : le câble peut exercer une force au moins égale au poids de la bouée. Le bateau-grue peut donc sortir la bouée de l'eau.

(Autre méthode : la masse de la bouée vaut $m=\frac{P}{g}=\frac{12000}{10}=1200$ kg, et $1200\text{ kg}<1500$ kg.)

Partie D – Caractéristiques des eaux de mer et choix d'une bouée flottante adaptée (11 points)

7. La formule H₂O indique que la molécule d'eau contient 2 atomes d'hydrogène (symbole H, indice 2) et 1 atome d'oxygène (symbole O, pas d'indice, donc 1).

8. D'après le document 2, le pH de l'eau de mer est compris entre 7,5 et 8,2. Ces valeurs sont toutes supérieures à 7. Or une solution de pH supérieur à 7 est basique : l'eau de mer est une solution basique (légèrement basique).

9. Un atome est électriquement neutre : l'atome de sodium contient autant d'électrons que de protons, soit 11 électrons. En perdant un électron, il devient l'ion Na⁺, qui possède :

• 11 protons (le noyau ne change pas) ;
• 12 neutrons (le noyau ne change pas) ;
• 10 électrons ($11-1=10$).

L'ion a un proton de plus que d'électrons : il porte une charge positive, d'où le signe « + ».

10. Calculons d'abord la masse volumique de la bouée :

$${\rho }_{\text{bouée}}=\frac{m}{V}=\frac{1200}{4,6}\approx 260,9{\text{ kg/m}}^3$$

La bouée est adaptée si la masse volumique de l'eau est au moins 4 fois supérieure à celle de la bouée, c'est-à-dire au moins égale à :

$$4\times {\rho }_{\text{bouée}}=4\times \frac{1200}{4,6}\approx 1043,5{\text{ kg/m}}^3$$

Comparons avec le tableau du document 2 :

(Vérification par le rapport : pour la mer Morte, $\frac{1240}{260,9}\approx 4,75$, supérieur à 4 ; pour la mer Rouge, $\frac{1035}{260,9}\approx 3,97$, inférieur à 4.)

En tenant compte de la marge de sécurité, cette bouée ne peut être employée que dans la mer Morte.

Question 1. Le parasite est le puceron et l'hôte est le Lupin (la plante).

Justification : je vois dans le document 1 que le puceron « enfonce son stylet dans la tige du végétal et récupère ainsi de la sève qui est la base de son alimentation » et qu'il « n'apporte rien à la plante en échange ». Je sais grâce au document 2 que le parasite est un être vivant qui vit « aux dépens d'un autre être-vivant appelé hôte, sans chercher à le tuer », qu'il utilise son hôte pour se nourrir, et que « l'hôte n'en retire aucun bénéfice ». J'en conclus que le puceron, qui se nourrit de la sève du Lupin sans rien lui apporter et sans le tuer, est un parasite, et que le Lupin est son hôte.

Question 2. Les bonnes réponses sont :

• B : La sève élaborée contient de l'eau. (le document 3 indique 80 % d'eau) ;
• D : Il n'y a pas de saccharose dans la sève brute. (0 mg/mL de saccharose).

Les réponses A et C sont fausses : la sève brute contient 99 % d'eau mais aussi des acides aminés et protéines (0,7 mg/mL) et des ions minéraux (0,19 mg/mL), elle n'est donc pas constituée seulement d'eau ; et elle contient moins d'ions minéraux que la sève élaborée (0,19 mg/mL contre 1,7 mg/mL).

Question 3. Plusieurs arguments montrent que la gouttelette est de la sève élaborée :

• Argument 1, l'eau : je vois dans le document 4 que la gouttelette contient 80 % d'eau. Dans le document 3, la sève élaborée contient 80 % d'eau, alors que la sève brute en contient 99 %. La teneur en eau de la gouttelette correspond exactement à celle de la sève élaborée.
• Argument 2, la matière organique : la gouttelette contient 16 % de matière organique. Or, d'après le document 3, la matière organique (saccharose, acides aminés et protéines) est très abondante dans la sève élaborée : $154+13=167$ mg/mL, soit, puisqu'un millilitre de sève a une masse d'environ 1 g, de l'ordre de 16 à 17 %. La sève brute, elle, ne contient pas de saccharose et seulement 0,7 mg/mL d'acides aminés et de protéines, soit moins de 0,1 % de matière organique.
• Argument 3, l'aspect : le liquide récolté est « visqueux », ce qui s'explique par sa richesse en sucre, comme la sève élaborée (154 mg/mL de saccharose).

J'en conclus que la gouttelette prélevée par le stylet du puceron, pauvre en eau et riche en matière organique, est de la sève élaborée et non de la sève brute.

Question 4. Je vois dans les documents 1 et 4 que le puceron enfonce son stylet dans la tige et prélève de la sève élaborée, riche en matière organique (16 % de la gouttelette), qui est la base de son alimentation. En cas de forte infestation, de très nombreux pucerons (document 1 : une tige de Lupin couverte de pucerons) détournent donc une grande quantité de matière organique.

Je vois dans le document 5 que les fleurs, les feuilles, la tige et les racines utilisent la matière organique avec du dioxygène : cette transformation chimique libère l'énergie nécessaire au « fonctionnement et croissance des organes ». Je sais que la matière organique est fabriquée dans les feuilles par la photosynthèse, puis transportée par la sève élaborée, qui circule dans la tige, vers tous les organes de la plante, en particulier ceux qui n'en fabriquent pas, comme les racines et les fleurs.

J'en conclus que, lorsque les pucerons sont très nombreux, une grande partie de la sève élaborée est prélevée avant d'arriver aux organes. Les fleurs, les feuilles et les racines reçoivent moins de matière organique ; elles produisent donc moins d'énergie, et n'en ont plus assez pour fonctionner et grandir normalement. Elles s'affaiblissent : c'est le dépérissement de la plante.