Brevet 2022 Sciences : sujet et corrigé

PHYSIQUE-CHIMIE - Durée 30 minutes
Les démarches engagées et les essais, même non aboutis, seront pris en compte.

La plongée sous-marine
Il est possible d’explorer les mers et les océans à condition de disposer d’un équipement particulier et de respecter des règles de sécurité.

Partie 1 - Des bouteilles d’air comprimé pour respirer (13 points)
Pour respirer sous l’eau, un plongeur utilise une bouteille dans laquelle de l’air est comprimé.

1. Donner les noms des deux constituants majoritaires de l’air.

2. Parmi les représentations au niveau microscopique ci-dessous, préciser celle qui correspond à la modélisation de l’air à l’état gazeux. Justifier.
   Indication : les ronds noirs et les ronds blancs représentent des atomes différents.
   ![Représentations microscopiques 1, 2, 3, 4]

On modélise la respiration par une transformation chimique : du glucose ($C_6{H}_{12}{O}_6$) réagit avec du dioxygène ($O_2$) et il se forme du dioxyde de carbone ($C{O}_2$) et de l’eau ($H_{2}O$). L’équation de la réaction est :
$$C_6{H}_{12}{O}_6+6O_2⟶6C{O}_2+6H_{2}O\text{ (eˊquation de reˊaction 1)}$$

3. Montrer que, pour cette équation de réaction 1, tous les atomes d’oxygène présents dans les réactifs sont bien conservés et redistribués dans les produits de la réaction.

Pour faire réagir $18,0\text{ g}$ de glucose, il faut $19,2\text{ g}$ de dioxygène. On obtient alors $10,8\text{ g}$ d’eau et une masse $m$ de dioxyde de carbone.

4. Déterminer la masse $m$ de dioxyde de carbone produite lors de la combustion de $18,0\text{ g}$ de glucose.

Partie 2 - La détection des lieux de plongée (6 points)
Pour connaître la profondeur d’un océan, on peut utiliser un SONAR. Cet appareil émet un signal sonore de fréquence $40\text{ kHz}$ et il mesure la durée entre l’émission et la réception de ce signal.

5. À l’aide du document n° 1 ci-dessous, indiquer le domaine auquel appartient le signal sonore émis par un SONAR. Justifier la réponse.

Document 1 : domaine de fréquences sonores
![Axe des fréquences : Infrason < 20 Hz < Audible < 20 000 Hz < Ultrason]

Un plongeur débutant a pour projet d’explorer les fonds sous-marins à un endroit donné. À l’aide d’un SONAR, il mesure la durée $t$ d’un aller-retour. Il obtient $t=0,040\text{ s}$.

6. Sachant qu’un plongeur débutant n’est pas autorisé à plonger à plus de $20\text{ m}$ de profondeur, déterminer si cette plongée est autorisée ou non.
   Donnée : vitesse des ultrasons dans l’eau $v=1500\text{ m/s}$

Partie 3 - Les paliers de décompression (6 points)
Les plongeurs portent des plaquettes de plomb à leur ceinture qui leur permettent de stopper leur remontée à des profondeurs particulières appelées paliers de décompression.
Un plongeur immergé est soumis à deux forces :

• le poids du plongeur et de son équipement : force verticale, dirigée vers le bas ;
• la poussée d’Archimède exercée par l’eau sur le plongeur : force verticale, dirigée vers le haut.

Document 2 : valeur de la poussée d’Archimède exercée sur un plongeur en fonction de son volume.
![Graphique montrant la poussée d'Archimède (N) en fonction du volume total (L). Pour 100 L, la valeur est de 1030 N.]

7. À l’aide du document 2, déterminer la valeur de la poussée d’Archimède subie par un plongeur de volume total (avec sa bouteille) égal à $100\text{ L}$.

Lors d’un palier de décompression, le poids du plongeur et la poussée d’Archimède doivent avoir la même valeur. Pour ajuster la valeur du poids, plusieurs plaquettes de plomb sont ajoutées à la ceinture du plongeur.

8. Déterminer le nombre de plaquettes de plomb que doit porter le plongeur de la question précédente au cours d’un palier de décompression.

Données :

• Masse du plongeur avec sa bouteille : $m_1=96\text{ kg}$.
• Masse d’une plaquette de plomb : $m_2=1\text{ kg}$.
• Intensité de la pesanteur : $g=10\text{ N/kg}$.

SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE - Durée 30 minutes

Le fonctionnement hormonal
Dans ce sujet, nous nous intéressons au rôle des testicules dans le développement des caractères sexuels. Pour cela des essais vétérinaires ont été réalisés chez des chapons et des coqs.

Document 1 : Photographies d’un chapon (à gauche) et d’un coq (à droite).
Le chapon est un poulet castré avant de devenir un adulte. Ses caractères sexuels secondaires, crêtes et barbillons, ne se développent pas, il ne chante pas comme le coq.

Document 2 : Injections de testostérone chez le chapon. (injections à intervalles réguliers)
(source : manuel SVT Hachette édition 2017)

Question 1 (6 points) :
Décrire l’évolution de la taille de la crête du chapon en fonction de la quantité de testostérone injectée au chapon, à partir du document 2. Des valeurs chiffrées sont attendues.

Question 2 (4 points) :
Proposer une hypothèse sur le rôle de la testostérone à partir des documents 1 et 2.

Document 3 : Schéma du trajet d’une hormone.
(d’après le manuel de SVT Nathan Spiral’ère édition 2017)
![Schéma montrant un organe producteur libérant des hormones dans un vaisseau sanguin, circulant jusqu'à un organe cible dont le fonctionnement est modifié.]

Question 3 (6 points) :
Décrire le trajet d’une hormone à partir du document 3.

Document 4 : La découverte de la testostérone.
(source : Wikipedia)
En 1927, des chercheurs américains ont extrait une substance de testicules de taureaux, qu’ils ont injecté dans le sang de chapon. Les résultats sont présentés ci-contre.
Plus tard, d’autres travaux ont permis d’isoler cette substance qu’ils ont appelé testostérone.
![Dessins : Chapon non traité (petite crête) vs Chapon 11 jours après traitement par l'extrait testiculaire (crête et barbillons développés)]

Document 5 : Expériences de castrations, greffes et injections chez de jeunes poulets.

Question 4 (9 points) :
À l’aide des documents 4 et 5, montrer que la testostérone est produite par les testicules et circule dans le sang.