Brevet 2019 Sciences : sujet et corrigé

SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE
Durée indicative 30 minutes – 25 points
Les essais et les démarches engagés, même non aboutis seront pris en compte

L'eau et les sels minéraux comme l'azote, le phosphore et le potassium sont indispensables pour satisfaire les besoins nutritifs des végétaux.
Dans ce sujet, on s'intéresse au lieu de prélèvement de l'eau et des sels minéraux au niveau d'un végétal.

Document 1 : organisation générale d'un végétal avec ses principaux organes

• La feuille capte un maximum de lumière et prélève du dioxyde de carbone ce qui permet de fabriquer de la matière organique (sucres) grâce à la photosynthèse.
• La tige porte les feuilles. Elle est également le lieu de transport de la sève brute et de la sève élaborée.
• La racine permet d'ancrer le végétal dans le sol, de prélever l'eau et les sels minéraux (azote, potassium..) et de stocker des réserves.

Question 1 (6 points)
Recopier le schéma ci-dessous sur la copie et relier chaque substance minérale à l'organe qui la prélève en utilisant le document 1.

On s'intéresse à l’absorption racinaire par la plantule.

Document 2 : expériences permettant de déterminer le lieu d'absorption de l'eau et des sels minéraux.

Document 2a : observation d’une plantule à la loupe binoculaire
La racine est constituée de trois zones distinctes :

• Zone subéreuse
• Zone pilifère (avec poils absorbants)
• Zone de croissance

Pour déterminer quelle(s) zone(s) de la racine absorbe l’eau et les sels minéraux, les différentes parties de la racine sont placées dans l’eau minéralisée ou dans l’huile selon l’hypothèse testée (voir le tableau ci-dessous).

Document 2b : expérience permettant de rechercher la/les zone(s) d’absorption racinaire
Précisions :
$\to$ L'huile et l'eau ne se mélangent pas, il n'y a pas d'échanges entre ces 2 fluides.
$\to$ L'huile est moins dense que l'eau ; ainsi elle se trouve au-dessus de l'eau dans le récipient.
$\to$ L’huile ne peut pas être absorbée par la plante et n’est pas toxique.
$\to$ L’huile ne contient ni eau ni sels minéraux.

Conditions expérimentales et résultats :

Question 2 (6 points)
A partir des documents 2a et 2b, choisir parmi les trois propositions suivantes l’hypothèse testée dans l’expérience précédente et la recopier sur la copie.

• Hypothèse 1 : la zone subéreuse absorbe l'eau et les sels minéraux.
• Hypothèse 2 : la zone de croissance absorbe l'eau et les sels minéraux.
• Hypothèse 3 : la zone pilifère absorbe l'eau et les sels minéraux.

Question 3 (4 points)
A partir des documents 2a et 2b, décrire sur votre copie une expérience constituée de plusieurs tubes qui permet de tester l’hypothèse suivante :
« La zone de croissance est aussi une zone d’absorption d’eau et de sels minéraux ».
Vous pouvez répondre sous la forme d’un texte ou d’un schéma.

On s'intéresse maintenant à l'absorption de l'azote par les végétaux et à l’amélioration de la production des cultures. L'azote est indispensable pour la croissance des végétaux.

Document 3 : présentation de deux pratiques agricoles pour satisfaire les besoins d’une plante non légumineuse (céréale comme le blé) en azote

• Pratique agricole n°1 : ajout d'engrais chimique azoté
  De l'engrais chimique azoté peut être apporté chaque année dans les cultures de céréales. Quand l'apport est trop important, le surplus qui n'est pas absorbé par le végétal, se retrouve dans les cours d'eau, ce qui peut perturber les écosystèmes et engendrer des pollutions.
• Pratique agricole n°2 : utilisation des bactéries Rhizobium
  Une alternative à l’ajout d’engrais consiste à cultiver des légumineuses l’année qui précède la culture de céréales. En effet, la racine de légumineuses (pois chiche, luzerne etc.) possède des structures sphériques, appelées nodosités, qui renferment des bactéries du genre Rhizobium.
  Ces bactéries présentes naturellement dans le sol, sont capables de capter l'azote atmosphérique présent dans les poches d'air du sol et de le transformer en azote utilisable par les végétaux. Après la récolte des légumineuses, il reste dans le sol des feuilles, des racines et des nodosités riches en azote. Les céréales nouvellement cultivées utilisent l’azote issu de ces restes de cultures de légumineuses.

Document 4 : cultures de pois chiche (légumineuse) dans trois conditions culturales différentes
La matière sèche produite par la plante permet d’évaluer la production de pois chiche.

Graphique montrant la quantité de matière sèche produite par le pois chiche dans trois conditions de cultures différentes :

• Culture 1 (ajout d'engrais azoté) : environ $12\text{ g}$ de matière sèche par plante.
• Culture 2 (ajout de bactéries sans engrais ajouté) : environ $10\text{ g}$ de matière sèche par plante.
• Culture 3 (sans engrais et sans bactéries ajoutés) : environ $6\text{ g}$ de matière sèche par plante.

Question 4 (9 points)
A partir des documents 3 et 4, comparer les deux pratiques agricoles utilisées pour améliorer la production des cultures.
Pour répondre, rédiger un paragraphe sur votre copie. Des valeurs chiffrées sont attendues.

PHYSIQUE-CHIMIE
Durée indicative 30 minutes – 25 points
Les essais et les démarches engagés, même non aboutis, seront pris en compte

Des cylindres de glace, de formule chimique $H_{2}O$, appelées « carottes », sont prélevés dans les régions polaires et dans les glaciers des montagnes ; ils contiennent des renseignements précieux pour l’étude du climat.
L’élément oxygène se trouve notamment sous la forme de trois atomes stables nommés oxygène 16, oxygène 17 et oxygène 18. À partir de la proportion d’oxygène 18 par rapport à l’oxygène 16 dans la glace, les chercheurs déterminent la température de l’atmosphère au moment de la formation de la glace.

Document 1 : Un modèle de l’atome d’oxygène
(Schéma d'un atome avec 4 flèches pointant vers ses constituants numérotés de 1 à 4)

Document 2 : Les fiches d’identité des atomes d’oxygène stables

Question 1 (7 points)
1a- Légender le document 1, en affectant à chaque numéro un nom parmi les propositions suivantes : noyau, électrons, proton, neutron.
1b- Quel est le nombre de protons présents dans chacun des 3 atomes d’oxygène ? Justifier vos réponses par une phrase.

L’analyse des bulles d’air piégées dans la glace permet de déterminer la quantité de dioxyde de carbone $C{O}_2$ contenu dans l’atmosphère du passé.

Document 3 : Évolution du pourcentage en volume de $C{O}_2$ dans l'air au cours des années.
(Graphique montrant le % de $C{O}_2$ en fonction des années de 1810 à 2020)

Question 2 (8,5 points)
2a- En utilisant le graphique du document 3, indiquer le pourcentage en volume de dioxyde de carbone présent dans l’air en 1910.
2b- En quelle année ce pourcentage a-t-il atteint $0,037\%$ ?
2c- Comparer, en citant des données du graphe, l’évolution du pourcentage de $C{O}_2$ en volume dans l’air, entre 1810 et 1950 puis entre 1950 et 2010.
2d- Quelle valeur pourrait atteindre ce pourcentage en 2020 ? Décrire et critiquer la méthode utilisée.

Le projet ICE MEMORY est un programme scientifique dont l’objectif est de constituer la première archive glaciaire du monde. Des carottes provenant des glaciers les plus en danger seront conservées à $-54\text{ °C}$ dans une cave creusée sous la neige de l’Antarctique.

Document 4 :

Question 3 (9,5 points)
3a- À la base de Vostok qui se situe en Antarctique, on extrait une carotte de glace de $3\text{ meˋtres}$ de long, le poids du cylindre de glace est $P=236\text{ N}$.
Schématiser le cylindre de glace en position verticale et représenter le poids de la glace par un segment fléché en prenant pour échelle $1\text{ cm}$ pour $100\text{ N}$.
3b- Utiliser les données du document 4 et de la question 3a pour calculer la masse du cylindre de glace de Vostok en kilogrammes. Expliquer la démarche suivie et écrire la relation utilisée.

Les essais et les démarches même non aboutis seront pris en compte.