Phéromones, écholocation et bioluminescence

Ce premier exercice du bac S 2012 de Métropole (session de rattrapage) vaut 6,5 points, soit environ 1 h 25 de travail. Il réunit trois façons de communiquer dans le monde vivant : les phéromones chimiques des insectes, les ultrasons émis par une chauve-souris et la lumière produite par certains organismes. Chaque partie mobilise un chapitre différent, ce qui en fait un très bon exercice de révision transversale.

Partie 1 : les phéromones, une affaire de chimie organique

On commence par reconnaître les groupes caractéristiques : la molécule A porte un groupe ester –COO–, le bombykol B un groupe hydroxyle –OH, ce qui en fait un alcool. Le piège classique est de n'entourer que la double liaison C=O : le groupe ester comprend le carbone et les deux atomes d'oxygène. L'hydrolyse basique de A donne un ion carboxylate et de l'éthanol ; écrire l'acide carboxylique comme produit est une erreur, car en milieu basique il se trouve sous forme d'ion carboxylate. Cette saponification est totale. On en déduit que le bombykol ne peut pas être obtenu ainsi : passer de –COO– à –CH₂–OH demande une réduction, pas une hydrolyse.

Le calcul de quantité de matière demande de la rigueur sur les unités : 22,4 ng font 22,4 × 10^-9 g, d'où n = 1,00 × 10^-10 mol et N = 6,02 × 10¹³ molécules. Un congénère qui reçoit une molécule sur un milliard en capte 6,02 × 10⁴, bien plus que le seuil de 10 molécules : la justification doit comparer explicitement ces deux nombres. Enfin, la phéromone C provient de l'acide éthanoïque ; on accélère l'estérification par chauffage et catalyseur, mais seul l'anhydride éthanoïque rend la réaction totale.

Partie 2 : l'écholocation de la chauve-souris

Après la définition d'une onde mécanique et d'une onde longitudinale, il faut relever dans le texte les expressions qui traduisent la propagation de proche en proche sans transport de matière. Le retard de l'écho s'écrit Δt = 2d/v : avec d = 1,70 m et v = 340 m/s, on trouve bien 10,0 ms. Oublier l'aller-retour donne 5,00 ms. À 0 °C, la célérité est plus faible, donc la durée augmente : on choisit 10,3 ms en raisonnant sur le sens de variation, sans calcul. La longueur d'onde vaut λ = v/f = 1,70 mm, à condition de convertir les 200 kHz en hertz.

Partie 3 : la lumière des êtres vivants

La diffraction révèle le caractère ondulatoire de la lumière ; le matériel attendu est un laser, une fente ou un fil fin et un écran. La lumière, onde électromagnétique, se propage dans l'eau, dans l'air et dans le vide : les trois propositions sont exactes. Sur le diagramme énergétique, la flèche d'émission descend de E₂ vers E₁. Avec ΔE = 2,5 eV, converti en 4,0 × 10^-19 J, on obtient λ = hc/ΔE = 5,0 × 10^-7 m, soit 500 nm. Le spectre d'émission, maximal vers 475 nm, confirme une couleur bleu-vert.

Conseils pour réussir

Les points se perdent surtout sur les conversions : nanogrammes, kilohertz, électronvolts. Écrivez toujours la formule littérale avant l'application numérique, gardez le bon nombre de chiffres significatifs et, pour les questions sans calcul, rédigez un raisonnement sur le sens de variation des grandeurs.