Brevet 2024 Sciences : sujet et corrigé

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

BALISAGE EN MER
En mer, les dangers peuvent être indiqués par des bouées de balisage (voir photo) émettant des signaux sonores ou lumineux.

Partie A - Son émis par une bouée (4 points)
Certaines bouées émettent des signaux sonores pour avertir les marins. Pour être perçu par l’oreille humaine, le son doit avoir une fréquence appartenant à certains domaines de perception.

Document 1 - Domaines de perception et fréquences des ondes sonores

Rappel : $1\text{ kHz}=1000\text{ Hz}$

1. Une bouée émet un signal sonore de fréquence $85\text{ Hz}$. En utilisant le document 1, indiquer à quel domaine de perception ce signal appartient.
2. En utilisant le document 1, préciser la raison pour laquelle un signal de fréquence $25000\text{ Hz}$ ne peut pas convenir pour avertir les marins.

Partie B - Obstacle signalé par une bouée (5 points)
Certaines bouées émettent simultanément un signal sonore et un signal lumineux. Il est alors possible d’estimer la distance à laquelle se trouve cette bouée en comptant le nombre de secondes entre la réception de la lumière et la réception du son.

3. Parmi les 4 schémas ci-dessous, indiquer celui pour lequel la propagation de la lumière depuis la bouée jusqu’à l’œil du marin est correctement représentée avec le modèle du rayon lumineux.
   (Le document présente 4 schémas A, B, C, D montrant des lignes droites ou courbes avec des flèches de direction entre une bouée et un marin).

Un marin entend le signal sonore émis par une bouée 2 secondes après avoir vu le signal lumineux.

4. En considérant que la lumière parvient quasi-instantanément à l’œil, déterminer la distance $d$ (en mètre) séparant la bouée du marin.
   Donnée : vitesse de propagation du son dans l’air $v_{son}=330\text{ m/s}$.

Partie C - Remplacement d’une bouée flottante (5 points)
Lorsqu’une bouée est endommagée, elle est sortie de l’eau par un bateau-grue à l’aide d’un câble pour effectuer des réparations.
On considère une bouée de poids $P=12000\text{ N}$.

5. Sur la copie, schématiser la bouée par un triangle et représenter le poids de la bouée par un segment fléché en prenant pour échelle : $1\text{ cm}$ représente $2000\text{ N}$.

La bouée ne peut être mise en mouvement que si la valeur de la force exercée par le câble est au moins égale à la valeur du poids de la bouée.

6. Montrer que cette bouée peut être sortie par un bateau-grue ayant une capacité de levage de $1500\text{ kg}$.
   Donnée : $g=10\text{ N/kg}$

Partie D – Caractéristiques des eaux de mer et choix d’une bouée flottante adaptée (11 points)

Document 2 - Caractéristiques des eaux de mer
L’eau de mer est constituée très majoritairement d’eau ($H_{2}O$). Elle contient de nombreuses espèces dissoutes : les sels constitués d’ions dont les plus abondants sont les chlorure $C{l}^{-}$, sodium $N{a}^{+}$, sulfate $S{O}_4^{2-}$, magnésium $M{g}^{2+}$.
Le pH de l’eau de mer varie entre 7,5 et 8,2.
La masse volumique de l’eau de mer varie selon le lieu (voir tableau ci-dessous).

7. Donner le nom et le nombre de chacun des atomes présents dans la formule chimique $H_{2}O$.
8. À l’aide du document 2, préciser si l’eau de mer est une solution acide ou une solution basique. Justifier.

Un atome de sodium contient 11 protons, 12 neutrons et des électrons. Un atome de sodium qui perd un électron devient un ion sodium $N{a}^{+}$.

9. Donner la composition complète d’un ion sodium $N{a}^{+}$ en précisant le nombres de protons, le nombre de neutrons et le nombre d’électrons.

En prenant une grande marge de sécurité, on considère qu’une bouée est adaptée si la valeur de la masse volumique de l’eau où elle se trouve est au moins 4 fois supérieure à celle de la bouée.
On dispose d’une bouée ayant les caractéristiques suivantes :

• Masse de la bouée $m=1200\text{ kg}$
• Volume de la bouée $V=4,6{\text{ m}}^3$

10. Déterminer le(s) lieu(x) parmi ceux du document 2 où cette bouée peut être employée en tenant compte de la marge de sécurité.
    Rappel : masse volumique $\rho =\frac{m}{V}$
    Toute démarche même non aboutie sera prise en compte.

SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE - Durée 30 minutes – 25 points

Le puceron
Dans ce sujet, on s’intéresse aux interactions entre les plantes et les pucerons.

Document 1 : mode de vie des pucerons
(Photo : Une tige de Lupin infestée de pucerons / Photo : Gros plan d'un puceron avec son stylet)
Le puceron enfonce son stylet dans la tige du végétal et récupère ainsi de la sève qui est la base de son alimentation. Il n’apporte rien à la plante en échange.

Document 2 : le parasitisme
On appelle parasitisme, le fait qu’un être-vivant vive aux dépens d'un autre être-vivant appelé hôte, sans chercher à le tuer. Le parasite utilise son hôte pour se nourrir, se loger ou se reproduire. L’hôte n’en retire aucun bénéfice.
Source : D’après Vikidia

Question 1 (5 points) :
À partir des documents 1 et 2, identifier le parasite et l’hôte en justifiant votre choix.

Document 3 : les principaux composants de la sève brute et de la sève élaborée du Lupin (végétal)

Question 2 (4 points) :
En utilisant le document 3, recopier la ou les bonnes réponses sur votre copie.
A : La sève brute est constituée seulement d’eau.
B : La sève élaborée contient de l’eau.
C : La sève brute contient plus d’ions minéraux que la sève élaborée.
D : Il n’y a pas de saccharose dans la sève brute.

Document 4 : analyse d’une gouttelette de liquide prélevée par le puceron
On peut retirer expérimentalement le corps du puceron en laissant son stylet. Ainsi une gouttelette de liquide en ressort. Ce liquide visqueux est ensuite analysé.
(Diagramme circulaire montrant : Eau 80%, Matière organique 16%, Ions Minéraux 4%)
Source : D’après https://www.geipi-polytech.org

Question 3 (8 points) :
D’après les documents 3 et 4, justifier que la gouttelette analysée dans le document 4 est de la sève élaborée. Vous donnerez au moins 2 arguments.

Document 5 : schéma de l’utilisation de la matière organique par une plante
(Schéma montrant une plante avec ses organes : Fleur, Feuille, Tige, Racine. Un cycle montre : Matière organique + Dioxygène $\to$ Transformation chimique $\to$ Energie $\to$ Fonctionnement et croissance des organes)
Source : D’après Hatier.fr

Question 4 (8 points) :
En utilisant les documents 1, 4 et 5 expliquer le dépérissement* des fleurs, des feuilles et des racines en cas d’une forte infestation de pucerons.
*Dépérissement : état maladif qui se manifeste par un affaiblissement