Brevet 2019 Sciences : sujet et corrigé

Saut en parachute

Un parachutiste saute habituellement depuis un avion en plein vol à une altitude d’environ 3 à 4 km. Pour battre un record de vitesse, l’autrichien Felix Baumgartner a réalisé en 2012 un saut hors du commun depuis un ballon sonde à 39 km d’altitude.

Schématisation de deux sauts en parachute
(Les échelles ne sont pas respectées).

• Saut depuis un avion : Trajectoire de l'avion horizontale, puis chute du parachutiste vers le sol terrestre.
• Saut de F. Baumgartner : Trajectoire du ballon sonde verticale, puis chute verticale vers le sol terrestre.

Document 1 : évolution de la vitesse de F. Baumgartner par rapport au sol terrestre en fonction du temps, avant l’ouverture du parachute
(Les valeurs de la vitesse sont volontairement absentes).

Le graphique présente la vitesse en ordonnée et le temps de chute (s) en abscisse (de 0 à 160 s). La courbe augmente rapidement jusqu'à un maximum vers $t=50$ s, puis diminue progressivement.

Document 2 : positions successives de F. Baumgartner au début de sa chute, avant l’ouverture du parachute

Question 1 (4 points) : parmi les propositions suivantes, indiquer, en justifiant la réponse à partir du document 1, celle qui satisfait aux caractéristiques du saut de F. Baumgartner.

Le mouvement est :

• proposition a : accéléré puis ralenti.
• proposition b : accéléré puis uniforme.
• proposition c : uniforme puis accéléré.

Question 2 (6 points) : montrer sans calcul que l’analyse du document 2 permet de retrouver la réponse précédente.

Le parachutiste est soumis à deux actions mécaniques : l’action de la Terre modélisée par le poids (aussi appelée force de pesanteur) et les frottements de l’air.

Question 3 (4 points) : indiquer pour chacune de ces actions, s’il s’agit d’une action de contact ou d’une action à distance.

Question 4 (11 points) : en exploitant les documents 1 et 2, expliquer à l’aide de calculs, si la vitesse maximale atteinte par F. Baumgartner est proche de 250 m/s, 370 m/s ou 470 m/s.

L'angine de Léa

Léa a 14 ans. Elle souffre de maux de gorge, a du mal à avaler et a de la fièvre. Sa mère décide de consulter un médecin pour obtenir des antibiotiques. Le médecin diagnostique une angine provoquée par un microorganisme responsable des douleurs de Léa. Il lui indique qu’il doit effectuer des examens complémentaires car les antibiotiques ne sont pas donnés automatiquement.

Document 1 : la détermination de l’origine de l’angine

Document 1a : angine virale ou angine bactérienne
Les symptômes de Léa ont pour origine soit un virus, soit une bactérie. Un test de diagnostic rapide de l'angine permet de déterminer si l’origine de l’angine est virale ou bactérienne. Il est indolore et ne prend que quelques minutes. Pour réaliser ce test, le médecin fait un prélèvement au niveau de la gorge de Léa avec un écouvillon (sorte de grand coton-tige).

Document 1b : test de diagnostic rapide de l’angine
L’écouvillon est placé dans un tube qui contient quelques gouttes de réactif (= substance mettant en évidence la présence d’un élément chimique). Une bandelette de papier sensible à ce réactif est ensuite placée dans ce tube. L’apparition de traits sur la bandelette permet de déterminer l’origine d’une angine.

• Si le test est positif, il s'agira bien d'une angine bactérienne.
• Si le test est négatif, l'angine sera d'origine virale.

Schéma des étapes : Prélèvement -> Déposer réactifs -> Immerger écouvillon -> Agiter (1 min) -> Déposer bandelette (5 min) -> Lecture.
Résultats possibles :

• Test négatif : Un seul trait (Zone de contrôle).
• Test positif : Deux traits (Zone de contrôle + Zone de test).

Résultat du test de Léa : La bandelette de Léa présente un seul trait (Zone de contrôle).

Question 1 (4 points) : répondre aux questions sur l’annexe page 7 (à rendre avec la copie).

Question 2 (6 points) : à l’aide du document 1, déterminer l’origine de l’angine de Léa en justifiant.

Document 2 : l’action des antibiotiques sur les virus
Des virus sont cultivés en présence de cellules dans des milieux favorables à leur développement avec ou sans ajout d’antibiotiques. Les mesures de la quantité de virus infectant les cellules à partir de six heures de mise en culture sont présentées ci-dessous.

• Milieu 1 (Sans antibiotique) : La quantité de virus passe de 1 à $10^5$ unités arbitraires entre 6h et 25h.
• Milieu 2 (Avec ajout d'antibiotique à 6h) : La courbe est identique au milieu 1, la quantité de virus atteint également $10^5$ unités arbitraires à 25h.

La mère de Léa s’étonne du choix du médecin de ne pas donner d’antibiotique.

Question 3 (6 points) : en utilisant des données extraites uniquement du document 2, justifier le choix du médecin.

Document 3 : l’efficacité des antibiotiques
Les médecins expliquent que les antibiotiques ne sont efficaces que sur les bactéries en bloquant leur croissance. Des études scientifiques ont montré qu’une prescription inutile et abusive des antibiotiques a des conséquences sur leur efficacité. En voici un exemple :

Évolution de l’efficacité d’un antibiotique (céphalosporines de $3^{\text{eˋme}}$ génération)
Cet antibiotique a été utilisé sur deux types de bactéries (Escherichia coli et Klebsiella pneumoniae) à l’origine respectivement de maladies intestinales et pulmonaires.

Les pourcentages indiquent la quantité de bactéries tuées par le traitement antibiotique.

Question 4 (9 points) : à l'aide de l’ensemble des documents, reconstituer le raisonnement suivi par le médecin permettant d’expliquer pourquoi, dans le cas de l’angine de Léa, il a choisi de ne pas prescrire d’antibiotique.

ANNEXE (à rendre avec la copie)

Question 1 (4 points) : d’après vos connaissances, cocher la bonne réponse pour chaque proposition.

1.1. Les bactéries sont :
☐ des êtres vivants observables au microscope,
☐ des êtres vivants visibles à l’œil nu,
☐ des êtres vivants observables à la loupe.

1.2. Les bactéries sont :
☐ toutes pathogènes,
☐ ne rendent pas forcément malades,
☐ entraînent toujours la mort.

1.3. On rencontre des microorganismes :
☐ dans tous les milieux,
☐ seulement dans l’air et dans l’eau,
☐ seulement à l'intérieur des organismes vivants.

1.4. La contamination est :
☐ la défense de l’organisme contre les microorganismes,
☐ la multiplication des microorganismes dans l’organisme,
☐ la pénétration des microorganismes dans l’organisme.