Bac 2025 Amérique du Nord jour 2 : un sujet équilibré en trois exercices

Le sujet du jour 2 de l'épreuve de spécialité physique-chimie en Amérique du Nord, session 2025, se compose de trois exercices pour un total de 20 points, à traiter en 3 h 30. Il couvre une large part du programme de terminale. La chimie domine avec le premier exercice, sur 9 points, consacré à la quinine d'une boisson tonique. Le deuxième exercice, sur 5 points, porte sur la radioactivité et le combustible nucléaire MOX. Le troisième, sur 6 points, réunit optique et mécanique des fluides autour d'un vitrage anti-moustiques. Chaque exercice part d'un objet concret et demande d'articuler calculs, lectures de documents et argumentation.

Cette analyse reprend les passages clés de chaque exercice, signale les pièges les plus fréquents et propose une répartition du temps. Elle s'appuie sur le corrigé détaillé disponible pour chaque partie.

Exercice 1 : le Schweppes®, un bon antipaludique sans risque pour la santé ? (9 points)

Cet exercice de 14 questions mène une enquête sur la quinine, molécule antipaludique présente dans le Schweppes®. Il demande environ 1 h 35.

Acide-base et fluorescence

Les trois premières questions installent la molécule. Le suffixe « -ol » s'explique par le groupe hydroxyle, caractéristique de la famille des alcools. Le spectre d'émission présente un maximum vers 450 nm : la fluorescence est bleue. Il faut se méfier du réflexe de la couleur complémentaire, valable pour un spectre d'absorption mais pas pour un spectre d'émission. Le diagramme de prédominance, construit avec pKA1 = 4,4 et pKA2 = 9,0, associe une couleur à chaque domaine : bleu sous 4,4, violet entre 4,4 et 9,0, aucune fluorescence au-delà. Placer la forme la plus protonée à gauche est indispensable.

Dosage par étalonnage

La préparation d'une solution étalon par dilution conduit à prélever 1,00 mL de solution mère avec une pipette jaugée, puis à compléter dans une fiole jaugée de 10,0 mL. L'intensité de fluorescence étant proportionnelle à la concentration, la courbe d'étalonnage est une droite passant par l'origine. La lecture graphique donne la concentration de la boisson diluée cent fois : l'oubli du facteur 100 est le piège principal. On obtient 2,2 × 10^-4 mol/L, soit 71 mg/L, sous le seuil de 100 mg/L des boissons « tonic ». La question ouverte qui suit montre qu'une personne de 50 kg devrait boire environ 5,6 L par prise, trois fois par jour : la boisson ne peut pas servir de traitement.

Titrage pH-métrique de l'acide citrique

La réaction support doit être rapide, unique et totale. Le dégazage préalable élimine le dioxyde de carbone dissous, qui réagirait avec les ions hydroxyde. L'équivalence, repérée au maximum de la dérivée, vaut 13,2 mL ; l'acide citrique est un triacide, et le coefficient 3 conduit à 2,20 × 10^-2 mol/L, environ 3,5 fois sous la valeur maximale admissible. La dernière question demande si la quinine peut servir d'indicateur coloré sous UV : seule l'extinction de la fluorescence violette, à pH 9,0, se produit dans le saut de pH et repère l'équivalence, avec une légère surestimation du volume.

Exercice 2 : combustible MOX pour limiter les déchets radioactifs (5 points)

En huit questions et environ 53 minutes, cet exercice parcourt l'essentiel du chapitre sur la radioactivité.

Noyaux, isotopes et demi-vie

Le noyau d'uranium 235 contient 92 protons et 143 neutrons. Parmi les noyaux du tableau, seul l'uranium 238 est un isotope de l'uranium 235, puisqu'il a le même numéro atomique ; le neptunium 235 et le plutonium 235 sont d'autres éléments. La comparaison des demi-vies avec l'âge de la Terre explique pourquoi l'uranium 238 subsiste, une seule demi-vie s'étant écoulée, alors que le plutonium 239 d'origine a disparu après près de 190 000 demi-vies.

Fission et réactions nucléaires

La fission de l'uranium 235 est une réaction en chaîne : un neutron la provoque, trois neutrons sont libérés et peuvent déclencher d'autres fissions. La question centrale fait écrire, à l'aide du diagramme N/Z, la capture d'un neutron par l'uranium 238 puis deux désintégrations β⁻ successives jusqu'au plutonium 239. Les lois de conservation de A et de Z guident l'écriture ; la particule émise est un électron, et la confondre avec un positon fausse le noyau fils. La désintégration du plutonium 239, qui émet un noyau d'hélium 4, est de type α.

Loi de décroissance et classement des déchets

L'expression λ = ln 2 / t_1/2 se démontre à partir de la loi de décroissance exponentielle. La valeur attendue, 9,1 × 10^-13 s^-1, impose de convertir la demi-vie en secondes. La question ouverte finale demande de classer le plutonium 239 : vie longue, et activité massique d'environ 2,3 × 10⁹ Bq/g, donc haute activité. Aucune filière de stockage n'étant opérationnelle pour ces déchets, les recycler dans le MOX prend tout son sens.

Exercice 3 : Mostiglass®, le vitrage moustiquaire rafraichissant (6 points)

Ce dernier exercice, de neuf questions et environ 53 minutes, combine diffraction, incertitudes et mécanique des fluides.

Diffraction et incertitudes

La diffraction s'observe lorsque l'ouverture n'est pas trop grande devant la longueur d'onde. La relation θ = λ / ℓ, avec θ en radian, se combine à la géométrie de la figure : dans le triangle rectangle, le côté opposé à θ est la demi-largeur d/2 de la tache centrale, d'où λ / ℓ = d / (2D). Le calcul donne une fente de 0,65 mm. L'incertitude-type, calculée par la formule des incertitudes relatives puis arrondie par excès, vaut 0,06 mm ; l'écart à la référence de 0,55 mm représente environ 1,7 incertitude-type, ce qui reste inférieur à 2 : la mesure est compatible. Le critère n'est pas rappelé, il faut le connaître.

Débit volumique, Bernoulli et effet Venturi

Les courbes de température, lues en régime permanent, montrent un écart quasi nul sans Mostiglass® et d'environ 5 °C avec. La conservation du débit volumique justifie l'égalité des vitesses à l'entrée et à la sortie du tunnel, puis donne environ 44 m/s et 84 m/s dans les fentes. La relation de Bernoulli entre ces deux points conduit à une chute de pression d'environ 3,1 × 10³ Pa : c'est l'effet Venturi. La relation fournie entre variations relatives de température et de pression prévoit alors une baisse d'environ 9 K, du même ordre que les 5 °C mesurés mais deux fois plus forte. Le commentaire attendu porte sur les limites du modèle : frottements, compressibilité de l'air, échanges thermiques avec la plaque. Exprimer la température de référence en kelvin est indispensable.

Gestion du temps sur les 3 h 30

La répartition la plus naturelle suit le barème : environ 1 h 35 pour l'exercice 1, et environ 53 minutes pour chacun des deux autres, ce qui laisse quelques minutes pour la relecture. Commencer par l'exercice avec lequel on se sent le plus à l'aise permet d'engranger des points sereinement. Dans l'exercice 1, les questions de dilution, de verrerie et de qualités d'une réaction de titrage sont rapides : il ne faut pas s'y attarder. Les questions ouvertes, comme le traitement antipaludique ou l'intérêt du MOX, méritent une rédaction structurée : donnée utile, calcul, conclusion. Dans l'exercice 3, la dernière question regroupe plusieurs étapes ; mieux vaut y arriver avec une vingtaine de minutes devant soi.

Quelques réflexes valent pour tout le sujet : vérifier la cohérence des unités avant chaque application numérique, adapter le nombre de chiffres significatifs aux données, relire les coefficients stœchiométriques et reporter les résultats intermédiaires utiles aux questions suivantes.

Les notions à réviser avant de traiter ce sujet

En chimie, il faut maîtriser le diagramme de prédominance d'un couple acide-base, la préparation d'une solution par dilution avec la verrerie jaugée, le principe d'un dosage par étalonnage et l'exploitation d'un titrage pH-métrique. Savoir repérer l'équivalence au maximum de la courbe dérivée, écrire la relation à l'équivalence en tenant compte des coefficients stœchiométriques et juger du choix d'un indicateur à partir de la zone de virage et du saut de pH sont des compétences directement évaluées.

En physique nucléaire, les incontournables sont l'écriture symbolique d'un noyau, la notion d'isotope, les lois de conservation de Soddy, les types de radioactivité α et β⁻, la loi de décroissance exponentielle et la relation entre activité et nombre de noyaux. La démonstration de l'expression de la constante radioactive à partir de la demi-vie est un classique à savoir refaire sans hésitation.

En optique et en mécanique des fluides, il faut connaître la relation de la diffraction par une fente, l'approximation des petits angles, le calcul d'une incertitude-type composée et le critère de compatibilité avec une valeur de référence, ainsi que la conservation du débit volumique et la relation de Bernoulli. L'effet Venturi, c'est-à-dire la baisse de pression dans un rétrécissement, est au cœur de la dernière question du sujet.

Conclusion

Ce sujet constitue un excellent entraînement de fin d'année, car il fait travailler des chapitres très variés : acide-base, dosages, radioactivité, diffraction, incertitudes et mécanique des fluides. Ses difficultés tiennent surtout à des détails de méthode, comme le facteur de dilution, le coefficient d'un triacide, la conversion de la demi-vie en secondes, le facteur 2 de la tache de diffraction ou la température en kelvin. Traitez-le en temps limité, puis comparez votre copie au corrigé détaillé de chaque exercice pour repérer vos points faibles.