Brevet 2025 Sciences : sujet et corrigé

LA POLLUTION PLASTIQUE DES OCÉANS

De nombreuses zones océaniques sont envahies par des déchets en matières plastiques qui peuvent mettre plus d’un siècle pour se dégrader en milieu naturel. Ces déchets peuvent être entrainés sur de grandes distances par les courants marins.

Les parties 1 et 2 sont indépendantes.

Partie 1 – Le polychlorure de vinyle

Le polychlorure de vinyle (PVC) est une matière plastique obtenue à partir du chlorure de vinyle.
La formule chimique de la molécule de chlorure de vinyle est $C_2{H}_{3}Cl$.

Document 1 : extrait de la classification périodique des éléments chimiques.

Légende :

• 1 : Numéro atomique
• H : Symbole de l'élément chimique
• Hydrogène : Nom de l'élément chimique

Question 1 (4 points)
À l’aide du document 1, donner le nom et le nombre de chaque atome présent dans la molécule de chlorure de vinyle.

Document 2 : condition pour qu’une matière plastique coule dans l’eau de mer
Une matière coule dans l’eau de mer si sa masse volumique est plus grande que la masse volumique de l’eau de mer.
La masse volumique de l’eau de mer est en moyenne de $1030\text{ g/L}$.

Question 2 (4 points)
En utilisant le document 2, indiquer si le PVC coule ou flotte dans l’eau de mer. Justifier la réponse.

Partie 2 – Combustion du PVC

Lorsque le PVC ne peut pas être recyclé, il est brûlé dans une usine d’incinération de déchets. Au laboratoire, on brûle du PVC afin d’identifier les produits de sa combustion.

Document 3 : schéma de l’expérience de combustion du PVC en laboratoire.
(Le schéma montre du PVC en combustion sous un entonnoir relié à un tube contenant du sulfate de cuivre anhydre, puis à un flacon d'eau de chaux, le tout relié à une pompe à vide).

Document 4 : tests d’identification d’espèces chimiques.

Question 3 (5 points)
Lors de la réalisation de l’expérience schématisée au document 3, on observe que le sulfate de cuivre anhydre devient bleu et que l’eau de chaux se trouble.
En utilisant le document 4, donner le nom des deux produits de la combustion du PVC mis en évidence. Justifier les réponses.

Question 4 (5 points)
Dans une nouvelle expérience, on fait barboter le gaz produit lors de la combustion du PVC dans de l’eau déminéralisée. On souhaite mesurer le pH de la solution aqueuse obtenue.
Proposer un protocole expérimental permettant la mesure du pH de la solution. Le matériel utilisé sera précisé et les étapes de la manipulation seront détaillées. On pourra s’aider de textes et/ou de schémas.

Question 5 (3 points)
On obtient un pH égal à 2.
Préciser si la solution obtenue est acide ou basique. Justifier la réponse.

Question 6 (4 points)
Parmi les pictogrammes suivants, choisir un pictogramme qui pourrait figurer sur le flacon correspondant à une solution de pH égal à 2. Justifier la réponse.

a) Corrosif (symbole de produits attaquant une main et une barre)
b) Inflammable (symbole de flamme)
c) Dangereux pour l’environnement (symbole de poisson et arbre mort)

Station d’eau potable autonome

Une entreprise conçoit des systèmes qui permettent de fournir de l’eau potable de façon autonome. Le passage d’un ouragan peut, en effet, provoquer de gros dégâts matériels et l’état d’urgence sanitaire peut être déclaré par l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé). L’utilisation d’eau non-potable ou contaminée peut provoquer des infections aiguës comme par exemple le choléra.

Le système (figure 1) doit être placé près d’un point d’eau pour effectuer un pompage. Ensuite, un système de filtration débarrasse l’eau de ses impuretés. Après avoir vérifié que l’eau filtrée n’est pas contaminée, celle-ci est stockée dans un réservoir pour que la population sinistrée puisse se servir 24h/24h. Le système est autonome en énergie, il utilise des panneaux solaires photovoltaïques et des éoliennes qui rechargent des batteries. Enfin, il est installé dans un conteneur métallique pour faciliter son acheminement.

Figure 1 : schéma descriptif du système
1 – Pompe d’aspiration de l’eau
2 – Éoliennes
3 – Panneaux solaires photovoltaïques
4 – Système de filtration
5 – Réservoir
6 – Conteneur

Question 1 (6 points)
Expliquer pourquoi les éoliennes et les panneaux solaires photovoltaïques doivent être associés pour la production d’énergie électrique. (Répondre sur la copie)

Selon la configuration du site où est installé le système, la hauteur de pompage peut être variable. Le constructeur de la pompe donne un graphique (figure 2) qui précise la correspondance entre le débit maximum et la hauteur de pompage possible entre le point d’eau et le système. Pour un fonctionnement optimal du système, le débit de la pompe doit être supérieur à $4{\text{ m}}^3\text{/h}$.

Figure 2 : hauteur de pompage en fonction du débit
(Graphique montrant une droite décroissante partant de $53\text{ m}$ à $0{\text{ m}}^3\text{/h}$ jusqu'à $0\text{ m}$ à environ $9,2{\text{ m}}^3\text{/h}$)

Question 2 (5 points)
À partir du graphique de la figure 2 et des explications fournies, identifier la hauteur maximale de pompage entre le point d’eau et le système pour laquelle le système de pompage fonctionnera dans des conditions optimales. (Répondre sur la copie)

Question 3 (7 points)
À l’aide de la figure 1, compléter le tableau A situé sur le document réponse n°1 en associant les composants aux fonctions indiquées. Il peut y avoir deux composants pour la même fonction.

Le réservoir d’eau potable est équipé de deux capteurs pour commander la pompe.

• Lorsque le capteur de « niveau bas » détecte un niveau d’eau insuffisant, la pompe se met en fonctionnement.
• Lorsque le capteur de « niveau haut » détecte un niveau suffisant, la pompe est arrêtée.

Figure 3 représentant le réservoir d’eau
(Schéma montrant une arrivée d'eau, un robinet de sortie, un "Niveau haut" et un "Niveau bas")

L’algorigramme ci-dessous (figure 4) décrit le fonctionnement de la pompe pour le remplissage du réservoir d’eau potable à l’aide des deux capteurs de niveau.

Figure 4 : algorigramme du fonctionnement de la pompe

• Début
• Test : Niveau Bas ?
  • Si NON : retour avant le test
  • Si OUI : Démarrer la pompe
• Test : Niveau Haut ?
  • Si NON : retour avant le test "Niveau Haut"
  • Si OUI : Arrêter la pompe
• Retour après le début.

Question 4 (7 points)
À l’aide de l’algorigramme (figure 4) ci-dessus, compléter le programme Scratch représenté sur le document réponse n°1.

DOCUMENT RÉPONSE N°1 (Page 9)

Question 3 - Tableau A, identifier les composants associés :
Composants à utiliser : éoliennes, conteneur, système de filtration, réservoir, pompe d’aspiration de l’eau, panneaux solaires photovoltaïques.

Question 4 – Programme Scratch :
(Compléter les zones vides dans les blocs Scratch)

• quand [drapeau vert] est cliqué
• répéter indéfiniment
  • si < Niveau Réservoir = [..........] > alors
    • [........................................]
  • si < Niveau Réservoir = [..........] > alors
    • [........................................]