Un exercice qui relie chimie de l'eau de mer et acoustique sous-marine

Cet exercice de 8 points du Bac S 2018 Polynésie, prévu pour environ 1 h 20, part d'une question d'actualité : les sonars militaires mettent-ils en danger les dauphins ? Pour y répondre, il faut d'abord caractériser le milieu, l'eau de mer, puis étudier les sons émis par les cétacés et ceux du sonar. L'exercice mobilise ainsi la dilution, le titrage conductimétrique, les ondes mécaniques progressives, le niveau d'intensité sonore, l'atténuation et l'effet Doppler.

Partie 1 : la salinité et la célérité du son

Préparer la solution diluée

Le protocole de dilution au dixième demande un volume prélevé de 5,0 mL pour 50,0 mL de solution. Le corrigé détaille l'usage de la pipette jaugée et de la fiole jaugée. Le piège classique consiste à citer une éprouvette graduée ou un bécher, verrerie trop peu précise.

Interpréter le graphe de conductivité

Avant l'équivalence, chaque ion argent versé précipite avec un ion chlorure : tout se passe comme si un ion chlorure était remplacé par un ion nitrate, de conductivité molaire ionique plus faible, et la conductivité diminue légèrement. Après l'équivalence, les ions argent et nitrate s'accumulent et la conductivité augmente nettement. La méthode conseillée consiste à dresser, pour chaque domaine, la liste des ions et l'évolution de leur quantité.

Vérifier la salinité

L'intersection des deux portions de droite donne un volume équivalent d'environ 11 mL. On en déduit la concentration en ions chlorure de la solution diluée, puis celle de l'eau de mer en multipliant par 10, la chlorinité à l'aide de la densité 1,023, et enfin une salinité d'environ 34 g/kg, voisine de la valeur annoncée de 35 g/kg. Deux erreurs reviennent souvent : oublier le facteur de dilution et confondre gramme par litre et gramme par kilogramme.

Le son dans l'eau, cinq fois plus rapide

À 1000 m de profondeur, la lecture des profils donne une température proche de 6 °C et une salinité de 35 g/kg. La formule empirique conduit à une célérité d'environ 1,49 × 10^3 m/s, soit cinq fois celle du son dans l'air. Attention à ne pas lire les valeurs de surface.

Partie 2 : les sons des dauphins et le sonar

Ondes progressives mécaniques et domaine audible

Il faut définir précisément les deux termes, puis comparer l'intervalle des sifflements, de 1,1 kHz à plus de 24 kHz, au domaine audible humain. La réponse est nuancée : une partie seulement des sifflements est audible, le reste relève des ultrasons.

Longueur d'onde et harmoniques

Pour un sifflement de 24,9 kHz dans l'eau, la longueur d'onde vaut environ 6,0 cm. Les harmoniques de rangs 2 et 3 ont pour fréquences 49,8 kHz et 74,7 kHz. Préciser les rangs évite toute ambiguïté sur le statut du fondamental.

Niveau sonore, atténuation et effet Doppler

Le calcul du niveau d'intensité sonore retrouve 235 dB, à condition d'utiliser le logarithme décimal. Avec une atténuation de 0,16 dB par kilomètre et un seuil de risque de 220 dB, la distance minimale atteint environ 94 km, ce qui montre l'ampleur de la nuisance. Enfin, le sous-marin qui se rapproche à 22,0 km/h produit un son perçu plus aigu, avec un décalage d'environ 12 Hz, négligeable devant 3 kHz. Le piège est de garder la vitesse en kilomètres par heure.

Conseils pour réussir

Soigne les conversions d'unités, justifie chaque lecture graphique et commente toujours un résultat numérique quand l'énoncé le demande. Le corrigé détaillé reprend chaque question avec les calculs, les points de méthode et les erreurs à éviter.