Brevet 2024 Sciences : sujet et corrigé

Fabrication et utilisation d’une lessive naturelle

Arthur souhaite fabriquer lui-même sa lessive à moindre coût et sans utiliser de produits industriels. Pour cela, il trouve un protocole de préparation de lessive naturelle à base de cendres de bois. En effet, les cendres contiennent naturellement une espèce chimique appelée carbonate de potassium de formule $K_{2}C{O}_3$ qui a des propriétés nettoyantes.

Pour réaliser ce protocole, Arthur doit mélanger des cendres et de l’eau puis laisser reposer pendant 48 heures avant de filtrer le mélange à l’aide d’un linge. La lessive peut ensuite se conserver une année dans une bouteille bien bouchée.

1- Fabrication de la lessive (5,5 points)

Cette lessive est une solution aqueuse à base de cendres.

1.1 Compléter le tableau ci-dessous en identifiant le solvant et le soluté de cette solution.

1.2 Cocher la case correspondant à ce mode de préparation.

• $\square$ Émulsion
• $\square$ Dilution
• $\square$ Dissolution
• $\square$ Fusion

Dans le protocole, il est préconisé d’avoir un mélange de $50\text{ g}$ de cendres pour $1\text{ litre}$ d’eau. Arthur dispose d’une bouteille de $2,5\text{ litres}$.

1.3 Déterminer la masse de cendres qu’il doit utiliser pour obtenir $2,5\text{ litres}$ de lessive.

2- Composition de la lessive (3 points)

Le carbonate de potassium $K_{2}C{O}_3$ est composé de plusieurs éléments.
Compléter le tableau ci-dessous précisant sa composition.

3- Caractéristiques de la lessive (7,5 points)

Arthur souhaite vérifier le pH de sa lessive.
Pour réaliser ce test, il utilise du papier pH dont la gamme de couleurs est la suivante :

Arthur dépose une goutte de lessive sur un bout de papier pH qui prend alors une teinte violet foncé.

3.1 Préciser, en justifiant, si la lessive est une solution acide, basique ou neutre.

3.2 Entourer l’espèce chimique responsable du pH de cette solution :
$C{O}_3^{2-}$ \quad $H{O}^{-}$ \quad $C{l}^{-}$ \quad $K^{+}$

3.3 Entourer la désignation de cette espèce chimique :
une molécule \quad un atome \quad un ion

4- Lave-linge (9 points)

Arthur utilise la lessive fabriquée dans son lave-linge.

4.1 Compléter le diagramme ci-dessous correspondant au moteur du lave-linge, en choisissant parmi les mots suivants :
mécanique, thermique, électrique, rayonnante, nucléaire, chimique

![Diagramme énergétique du moteur]
Énergie __________ $\to$ [Moteur du lave-linge] $\to$ Énergie __________
$\downarrow$
Énergie __________ (Pertes)

Zoé, l’amie d’Arthur, affirme « quand le lave-linge fonctionne, l’élément qui consomme le plus d’énergie est la résistance qui permet de chauffer l’eau ».

Données :

• Pour un cycle de lavage à $30^{\circ }\text{C}$ :
  • la résistance chauffante développe une puissance $P_R=3\text{ kW}$ pendant $15\text{ minutes}$ pour chauffer l’eau,
  • le moteur consomme une énergie $E_M=300\text{ Wh}$ pour le lavage et l’essorage.
• L’énergie $E$, la puissance $P$ et le temps $t$ sont liés par la relation $E=P\times t$
• $1\text{ heure}=60\text{ minutes}$
• $1\text{ kW}=1000\text{ W}$

4.2 À l’aide de ces données et en justifiant votre réponse, préciser si Zoé a raison ou tort.

BIOLOGIE-ÉCOLOGIE - DURÉE : 30 MN - 25 POINTS

Ava a 17 ans. Elle est en cours d’EPS, elle veut participer au cross du lycée. Elle souhaite suivre l’évolution de ses paramètres cardiorespiratoires pendant son entraînement. Sa professeure d’EPS lui place un appareil qui mesure sa fréquence cardiaque.

Partie 1 : Fréquence cardiaque et entraînement (19 points)

Le document 1 ci-dessous présente les résultats des mesures prises sur Ava pendant une activité physique de 10 minutes. Sur l’ensemble de l’exercice, la course dure 6 minutes.

Document 1 : Évolution de la fréquence cardiaque d’Ava pendant l’exercice
(Le graphique montre une phase de repos de 0 à 2 min à 70 batt/min, une phase d'effort de 2 à 8 min où la fréquence monte jusqu'à 180 batt/min, puis une phase de récupération de 8 à 10 min redescendant vers 120 batt/min).

Question 1 : Exploitation de l’évolution de la fréquence cardiaque d’Ava durant les dix minutes de l’exercice.

Question 1-1 : Compléter le tableau ci-dessous à l’aide du document 1.

Question 1-2 : Décrire l’évolution de la fréquence cardiaque d’Ava durant les dix minutes de l’exercice.

Cette course de 6 minutes a permis à Ava de parcourir $800\text{ m}$. Le cross, lui, aura une distance de $4\text{ km}$. La professeure d’EPS rappelle à la classe que chaque individu a une fréquence cardiaque maximale. Elle se calcule par la formule : $220-\text{l’aˆge de l’individu}$.

L’enseignante précise que rester trop longtemps sur une fréquence cardiaque proche de son maximum (à 40 battements près) entraîne un risque important pour la santé.

Question 2 : Déterminer la fréquence cardiaque maximale d’Ava.

Question 3 : Expliquer à Ava pourquoi elle ne pourra pas faire le cross à la même vitesse que lors de son exercice d’entraînement.

Partie 2 : Effet d’un entraînement régulier (6 points)

L’enseignante encourage Ava à s’entraîner très régulièrement. Ava n’est cependant pas très convaincue.

Document 2 : Résultats de mesures de fréquences cardiaques de deux personnes du même âge pendant un effort physique identique à l’exercice d’entraînement d’Ava

| | Repos | | Effort | | | | | | | |
| :--- | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: |
| Temps (min) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Fréquence cardiaque de la personne A (batt/min) | 50 | 50 | 50 | 75 | 100 | 120 | 120 | 120 | 120 | 90 | 80 |
| Fréquence cardiaque de la personne B (batt/min) | 70 | 70 | 70 | 100 | 140 | 175 | 175 | 175 | 175 | 145 | 130 |

• Personne A : Personne qui s’entraîne tous les jours.
• Personne B : Personne qui ne s’entraîne pas.

Question 4 : À l’aide du document 1 et du document 2, préciser l’état physique d’Ava.

Question 5 : À l’aide du document 2 et de la réponse à la question 4, argumenter l’intérêt pour Ava de s’entraîner pour courir les $4\text{ km}$ du cross.