Brevet 2019 Sciences : sujet et corrigé

Le savon de Marseille

Fabriqué à partir d’un corps gras (beurre, huile, suif…) et de soude, le savon possède des propriétés propices au lavage et à l’hygiène corporelle.

1. La fabrication du savon de Marseille (10 points)

1.1. La réaction entre l’huile d’olive et la soude est une étape de la fabrication du savon de Marseille. L’équation de la réaction chimique est :

$$C_{57}{H}_{104}{O}_6+3H{O}^{-}\to 3C_{18}{H}_{33}{O}_2^{-}+C_3{H}_8{O}_3$$

1.1.1. Indiquer la nature des entités chimiques de formules $C_{18}{H}_{33}{O}_2^{-}$ et $C_3{H}_8{O}_3$ en choisissant parmi les termes : atome, molécule, ion.

1.1.2. Donner le nom et le nombre de chaque atome présent dans la formule chimique $C_{57}{H}_{104}{O}_6$ du constituant majoritaire de l’huile d’olive.

1.2. Le document 1 présente l’étiquette d’une bouteille de solution d’hydroxyde de sodium (soude).

Document 1
(Image d'un flacon avec le pictogramme "Corrosif" et la mention : HYDROXYDE DE SODIUM $(N{a}^{+}+H{O}^{-})$)

1.2.1. La solution d’hydroxyde de sodium est très basique. Parmi les propositions A, B et C, indiquer celle correspondant à la valeur de son pH.

• A : $pH>7$
• B : $pH=7$
• C : $pH<7$

1.2.2. Nommer l’ion responsable du caractère basique de la solution d’hydroxyde de sodium.

1.2.3. Citer deux moyens de protection à recommander pour utiliser la solution l’hydroxyde de sodium en toute sécurité.

2. L’huile d’olive et son extraction (8 points)

2.1. Le broyage des olives
Les olives sont placées dans une meule pour être écrasées par une pierre. Autrefois, un âne entraînait la pierre, comme représenté ci-dessous. Le mouvement de l’âne était alors circulaire et uniforme.

Document 2 : Schéma du principe de fonctionnement de la meule
(Schémas montrant une meule entraînée par un âne et une vue de dessus avec le trajet circulaire)

Donner la signification des termes circulaire et uniforme.

2.2. Extraction du jus
Après avoir broyé puis pressé les olives, un jus composé d’huile d’olive et d’eau est récupéré.
L’huile d’olive est non miscible avec l’eau et sa masse volumique est plus petite que celle de l’eau.
Schématiser le mélange eau - huile d’olive, après repos, dans un récipient. Légender le schéma.

2.3. Modernisation de la meule
Le graphique ci-contre indique le nombre de tours effectués par l’âne en fonction du temps.
(Graphique montrant une droite passant par l'origine : 2 tours en 40s, 4 tours en 80s, 6 tours en 120s).

Aujourd’hui, l’âne a été remplacé par un moteur dont la vitesse de rotation est de $6\text{ tr/min}$ (6 tours par minute).
Montrer que l’utilisation du moteur à la place de l’âne permet d’écraser les olives plus rapidement en explicitant le raisonnement suivi.

3. Un label à conserver (7 points)

Pour obtenir le label « savon de Marseille », l’unique corps gras autorisé est l’huile d’olive. Au port de Marseille, de nombreuses huiles différentes arrivent quotidiennement par bateau.
Un industriel possède une savonnerie qui produit exclusivement du savon de Marseille. Il demande à un stagiaire, de réaliser une expérience permettant de vérifier que l’huile reçue est effectivement de l’huile d’olive.
Voici l’expérience réalisée par le stagiaire :

• Etape 1 : Pesée de l'éprouvette graduée vide. La balance affiche $15,3\text{ g}$.
• Etape 2 : Pesée de l'éprouvette contenant l'huile testée. Le volume d'huile est de $12,5\text{ mL}$. La balance affiche $26,7\text{ g}$.

Document 3 : Masse volumique de quatre huiles prélevées au port de Marseille
(Graphique en barres horizontales montrant les plages de masses volumiques en g/mL)

• Huile d'olive : entre $0,910$ et $0,913\text{ g/mL}$
• Huile d'arachide : entre $0,914$ et $0,917\text{ g/mL}$
• Huile de colza : entre $0,912$ et $0,920\text{ g/mL}$
• Huile de maïs : entre $0,920$ et $0,925\text{ g/mL}$

Lecture : La masse volumique de l’huile d’arachide est comprise entre $0,914$ et $0,917\text{ g/mL}$

À partir de l’expérience ci-dessus et en s’appuyant sur le document 3, indiquer si le stagiaire pourra conclure sur la nature de l’huile testée. Un raisonnement et des calculs sont attendus.

Le défi des biocarburants

Le Mercredi 6 septembre 2017, le ministre de la transition écologique et solidaire a présenté en conseil des ministres le projet de loi mettant fin à la recherche ainsi qu’à l’exploitation des hydrocarbures. La production de carburants à partir de végétaux (appelés biocarburants) est donc désormais l’un des enjeux du $21^{\text{e}}$ siècle. On se propose d’étudier quelques aspects de cette production d’avenir.

Document 1a : Observation microscopique de l’algue Haematococcus pluvialis
(Image montrant des cellules circulaires avec une paroi, une membrane et une zone colorée produisant de l'huile. Échelle : $25\text{ µm}$)

Document 1b : Système de culture de l’algue Haematococcus pluvialis
Pour pouvoir cultiver Haematococcus pluvialis il faut utiliser un dispositif comme celui qui est photographié ci-contre afin d’obtenir une production d’huile nécessaire à la synthèse de biocarburants.
Ce dispositif permet de contrôler les différents facteurs permettant la croissance rapide d’Haematococcus pluvialis :

• la lumière
• le $C{O}_2$ dissous dans l’eau de mer
• la température
• l’agitation du milieu.

1. À l’aide du document 1, identifier la substance qui est exploitée par l’être humain pour fabriquer des biocarburants à partir d’Haematococcus pluvialis. (4 points)

Document 2 : Productivité en huile obtenue à partir de différentes cultures agricoles alimentaires (colza, tournesol) et d’algues
(Graphique montrant la quantité d'huile produite en ${\text{g/jour par m}}^2$ de culture)

• Colza : $\approx 3{\text{ g/jour/m}}^2$
• Tournesol : $\approx 2{\text{ g/jour/m}}^2$
• Algues : $\approx 40{\text{ g/jour/m}}^2$

2. À partir du document 2 comparer la productivité des différentes cultures, en vous appuyant sur des valeurs chiffrées. (8 points)

Document 3 : Différentes générations de biocarburants
Au cours des dernières années, on a successivement obtenu plusieurs générations de biocarburants, en utilisant de la matière d’origine variée.

Document 4 : Tableau comparant les pourcentages de surfaces nécessaires pour produire les deux types de biocarburants

3. À partir des documents 3 et 4, expliquer l’intérêt de la dernière génération de biocarburants. Justifier avec des valeurs chiffrées. (13 points)