Brevet 2018 Sciences : sujet et corrigé

Conservation du lait

Source de calcium et de vitamines, le lait est un aliment complet, mais c’est un produit fragile. Dès la traite, on instaure une chaîne du froid pour le conserver.

Partie 1. Étude physico-chimique d’un lait

Le lait est un mélange (émulsion) de matières grasses (lipides) dans l’eau.

Document 1 : caractéristiques du lait étudié
Les masses de constituants sont données pour $100\text{ g}$ de lait.

• pH = $6,4$
• Température d’ébullition : $100,2$ °C
• Masse volumique : $1,032\text{ kg/L}$
• Activité biologique* : $0,99$
• Glucides : $4,7\text{ g}$ (Le glucide ou sucre le plus abondant est le lactose de formule $C_{12}{H}_{22}{O}_{11}$)
• Lipides (graisses) : $3,8\text{ g}$
• Protéines : $3,2\text{ g}$ (La caséine est une protéine du lait)
• Eau : $87,5\text{ g}$
• Sels minéraux : $0,8\text{ g}$ (composés ioniques) dont :
  • $C{l}^{-}$ : $0,1\text{ g}$
  • $C{a}^{2+}$ : $0,1\text{ g}$
  • $M{g}^{2+}$ : $0,01\text{ g}$

* Pour information, plus l’activité biologique est proche de 1, plus le risque de développement de micro-organismes est élevé.

Question 1 : indiquer la composition atomique de la molécule de lactose.

Question 2 : d’après la réglementation sanitaire européenne, la conservation des produits alimentaires est autorisée à température ambiante quand l’une des trois conditions suivantes est vérifiée :

• activité biologique $<0,91$ ;
• $pH<4,5$ ;
• activité biologique $<0,95$ et $pH<5,2$.
  Expliquer pourquoi le lait étudié doit être conservé au froid.

Question 3 : la poudre de lait est fabriquée en évaporant totalement l’eau contenue dans le lait.
3.1. Déterminer la masse de poudre de lait qu’il est possible d’obtenir à partir d’un kilogramme du lait étudié.
3.2. On fabrique de la poudre de lait à partir d’un litre du lait étudié. Expliquer sans calcul si la masse de poudre de lait obtenue est inférieure, identique ou supérieure à la valeur trouvée à la question 3.1.

Partie 2. Analyse du lactosérum

L’une des méthodes les plus anciennes de conservation du lait est la fabrication de fromage. Le lait cru subit alors une chaîne de transformation (document 2). Il faut séparer la phase aqueuse du lait, appelée lactosérum, du caillé. Le caillé est ensuite traité séparément pour être transformé en fromage.

Document 2 : chaîne de transformation du lait cru

• Écrémage : Laissé au repos, le lait se sépare en deux couches. La crème remonte à la surface. Le liquide restant constitue le lait écrémé.
• Coagulation : On amène le $pH$ du lait écrémé à la valeur de $4,6$. Un solide insoluble dans l’eau se dépose au fond du récipient, c’est le caillé. Le liquide qui surnage est appelé lactosérum. Il est constitué d’eau, de lactose, de sels minéraux et de quelques protéines solubles dans l’eau.

Schéma de la transformation :
Lait cru $\stackrel{\text{Eˊcreˊmage}}{\to }$ (Lait écrémé + Crème)
Lait écrémé $\stackrel{\text{Coagulation}}{\to }$ (Caillé (solide) + Lactosérum (liquide))

Question 4 : en exploitant le document 2, expliquer pourquoi on peut faire l’hypothèse que le lactosérum est acide.

Question 5 : en utilisant le document 3, proposer un protocole expérimental permettant de prouver la présence d’ions chlorure dans le lactosérum. On pourra formuler la réponse sous forme de texte et/ou de schémas.

Document 3 : quelques tests d’identification d’ions

L’audition

Monsieur X, âgé de 60 ans, consulte le médecin du travail pour réaliser un bilan de son audition.

Document 1 : tests d’audition réalisés chez un individu témoin et chez monsieur X

Le médecin réalise un audiogramme qui permet de mesurer une éventuelle perte d’audition. On mesure les pertes d’audition en décibels (dB) en fonction de la fréquence des sons, des sons graves (basses fréquences) aux sons aigus (hautes fréquences). Le résultat est présenté sur le graphique ci-dessous.
Si la perte d’audition est inférieure à $20\text{ dB}$, l’audition est considérée comme normale.

(Le graphique montre la perte d'audition en dB de 0 à 90 en ordonnée, et la fréquence en Hz de 125 à 4000 en abscisse. Deux courbes sont présentes : celle de l'individu témoin de 60 ans et celle de Monsieur X.)

Question 1 : répondre sur l’annexe page 8 (à rendre avec la copie).

Question 2 : répondre sur la copie.
Comparer la perte d’audition de monsieur X avec celle d’un individu témoin de même âge, pour des fréquences de $125$ à $500\text{ Hz}$, puis pour des fréquences de $500$ à $4000\text{ Hz}$. Quelques valeurs numériques sont attendues pour la réponse.

Monsieur X cherche des explications à ses troubles auditifs et se renseigne sur le fonctionnement de l’oreille.

Document 2 : la perception du son

Dans l’oreille interne, de nombreuses cellules ciliées interviennent dans la perception du son. Ces cellules ciliées transforment les vibrations sonores en signal électrique (message nerveux) transmis par le nerf auditif jusqu’au cerveau, ce qui nous permet d’entendre le son. Ces cellules ciliées sont fragiles et elles peuvent être abimées et détruites si l’oreille est « agressée » (bruit intense et brutal, sons trop aigus, durée d’écoute prolongée à un niveau sonore supérieur à $85$ décibels (dB)).

(Le document présente deux photographies : une de cellules ciliées d'un individu ayant une audition normale et une de cellules ciliées d'un individu atteint de troubles auditifs sévères, montrant des cils dégradés ou absents.)

Document 3 : différents niveaux sonores et leurs effets

• $140\text{ dB}$ : Banc d'essai de réacteur / Décollage d'avion (Seuil de douleur)
• $120\text{ dB}$ : Concert rock, discothèque
• $100\text{ dB}$ : Atelier de chaudronnerie* / Route, trafic dense
• $80\text{ dB}$ : Presse, machine à bois (Seuil de danger à $85\text{ dB}$, Seuil d'alerte à $80\text{ dB}$)
• $60\text{ dB}$ : Restaurant bruyant / Bureau calme
• $40\text{ dB}$ : Chambre à coucher calme
• $20\text{ dB}$ : Vent très léger, respiration
• $0\text{ dB}$ : Seuil d'audibilité

*chaudronnerie : industrie travaillant le métal

Les traumatismes sonores en milieu professionnel sont encore fréquents surtout lorsque le port de casque anti-bruit n’a pas toujours été respecté. Les surdités professionnelles s’observent en milieu industriel bruyant. Pour un bruit dont l’intensité est supérieure à $85\text{ dB}$, l’oreille est en danger. La dangerosité va dépendre aussi de la durée d’exposition.

Question 3 : répondre sur la copie.
Utiliser les informations des documents 2 et 3 pour expliquer pourquoi monsieur X, travaillant dans une chaudronnerie sans avoir toujours porté son casque anti-bruit, a aujourd’hui une perte d’audition.

ANNEXE (à rendre avec la copie)

Question 1 : à partir du document 1, cocher la bonne réponse pour chaque proposition :

1.1. Le graphique du document 1 représente :
☐ la perte d’audition en fonction du sexe de l’individu
☐ la perte d’audition en fonction de la fréquence des sons
☐ une mesure du volume sonore

1.2. Pour une fréquence de $1000\text{ Hz}$, un individu témoin de 60 ans a :
☐ une perte d’audition égale à environ $20\text{ dB}$
☐ une perte d’audition égale à environ $5\text{ dB}$
☐ une perte d’audition égale à environ $40\text{ dB}$

1.3. À 60 ans, la perte d’audition chez un individu témoin est :
☐ plus importante pour les sons aigus que pour les sons graves
☐ plus importante pour les sons graves que pour les sons aigus
☐ constante quelle que soit la fréquence des sons