Le Bac S Asie 2017 en physique-chimie : vue d'ensemble

Le sujet du Bac S Asie 2017 en physique-chimie relève de l'ancien programme de Terminale S. Il dure 3 h 30 et compte 20 points répartis en trois exercices communs, l'acide glycolique (9 points), les ondes gravitationnelles (6 points) et la chaîne de transmission de l'information (5 points), auxquels s'ajoute pour les candidats de spécialité un exercice sur des routes qui génèrent de l'électricité (5 points). Le sujet couvre un large spectre : chimie organique et analytique, mécanique newtonienne, mesure et incertitudes, numérisation, effet photovoltaïque et résolution de problème. C'est un excellent entraînement pour réviser des notions toujours centrales, comme le titrage pH-métrique, la deuxième loi de Newton ou l'énergie d'un photon, même si certaines parties ne figurent plus au programme actuel.

Exercice 1 : l'acide glycolique (9 points)

Le premier exercice est le plus long du sujet et suit une seule molécule, HO-CH₂-COOH, en trois parties.

Identifier la molécule

On justifie le nom acide hydroxyéthanoïque par la chaîne à deux carbones, le groupe carboxyle prioritaire et le groupe hydroxyle en préfixe. La molécule n'a ni carbone asymétrique ni double liaison C=C, donc aucun stéréoisomère de configuration. La chromatographie sur couche mince utilise un éluant de pH 2 contenant du bleu de bromophénol : l'éluant est jaune, puis au séchage le fond devient bleu et les taches jaunes repèrent les acides. Le vesou contient plusieurs acides, dont l'acide glycolique. Un calcul d'ordre de grandeur montre qu'il faudrait environ 150 kg de vesou pour obtenir 100 mL d'acide pur. Le spectre infrarouge est compatible avec la molécule : bande C=O vers 1700 cm^-1 et large bande O-H de l'alcool et de l'acide entre 2500 et 3400 cm^-1.

Contrôler une solution dermatologique

On propose une mesure de masse volumique par pesée d'un volume prélevé à la pipette jaugée, puis une dilution au vingtième : 5,0 mL de solution mère dans une fiole jaugée de 100,0 mL. Le diagramme de distribution permet d'attribuer les courbes à AH et A^- et de retrouver le pK_a de 3,83. Les pH de début et de fin de titrage montrent le passage de AH à A^-, ce qui fournit la réaction support AH + HO^- → A^- + H₂O. La question ouverte conduit, avec un volume équivalent de 11,8 mL, à une concentration diluée de 0,59 mol/L, puis à un pourcentage massique de 71 % : l'étiquette doit indiquer 70 %. Oublier le facteur de dilution ou la masse volumique de 1,26 g/cm³ fausse entièrement la conclusion.

Le fil de suture résorbable

Le PGA est un polyester. L'eau des tissus hydrolyse lentement ses groupes ester et découpe la chaîne en petites molécules solubles éliminées par l'organisme. Pour suturer un intestin, qui cicatrise en 2 à 3 semaines, le fil doit garder au moins 50 % de sa résistance pendant ce délai : le fil macrofibre est le plus adapté, le nanofibre perdant l'essentiel de sa résistance dès la première semaine.

Exercice 2 : les ondes gravitationnelles (6 points)

Cet exercice part de la première détection d'ondes gravitationnelles, le 14 septembre 2015.

Localiser la source

Émises il y a 1,3 milliard d'années et se propageant à la célérité de la lumière, les ondes viennent d'une source située à 1,3 milliard d'années-lumière. Le retard de 7 ms entre Livingston et Hanford exclut la direction 2, qui imposerait un retard de 10 ms pour 3000 km. Le retard mesuré correspond à un trajet supplémentaire de 2,1 × 10³ km : en traçant le front d'onde passant par Livingston, seule la direction 1, avec environ 7 ms, est compatible.

Deux trous noirs en orbite

Les deux trous noirs de même masse sont diamétralement opposés, à la distance 2r : la force vaut G m² / (4 r²). La deuxième loi de Newton donne un mouvement circulaire uniforme de vitesse v = (1/2) √(G m / r), puis la relation r³ = G m T² / (16 π²), analogue à la troisième loi de Kepler. Quand les trous noirs se rapprochent, la fréquence des ondes augmente. Enfin, pour 30 masses solaires et 75 tours par seconde, la vitesse newtonienne vaut environ 7,8 × 10⁷ m/s, à 4 % de la valeur c / 4 estimée par la relativité générale. Le piège principal est de confondre le rayon r avec la distance 2r.

Exercice 3 : chaîne de transmission de l'information (5 points)

Vitesse et incertitudes

Un signal parcourt 40,00 m de câble coaxial. Sur l'oscillogramme, la tension de sortie se reconnaît à son retard et à son amplitude plus faible. Le retard τ = 2,0 × 10^-7 s, lu avec une incertitude de 20 ns, donne v = 2,0 × 10⁸ m/s. L'incertitude relative sur la longueur est négligeable devant celle sur la durée, ce qui conduit à v = (2,0 ± 0,2) × 10⁸ m/s. La vitesse théorique de 2,1 × 10⁸ m/s appartient à cet intervalle : la mesure est acceptable.

Atténuation et numérisation

Le coefficient d'atténuation calculé, environ 3,2 × 10^-2 dB/m, oriente vers le câble RG-188A/U, mais la lecture des tensions est si imprécise que la méthode ne permet pas d'identifier le câble ; seul le RG-174/U est exclu. La partie numérisation demande le pas d'un convertisseur de 12 bits sur 1,0 V (2,4 × 10^-4 V), la fréquence d'échantillonnage (6,7 × 10⁴ Hz) et sa période (15 µs), puis le placement de cinq points sur l'annexe. Pour améliorer la qualité du signal numérisé, on choisit un calibre plus petit et, si possible, une fréquence d'échantillonnage plus élevée.

Exercice 4 de spécialité : des routes qui génèrent de l'électricité (5 points)

Éclairement et photon

Une route reçoit moins de lumière qu'un toit : elle est horizontale, ce qui coûte environ 20 % d'énergie solaire, et les véhicules la masquent, une route à trafic moyen n'étant éclairée que 90 % du temps. Pour une cellule au silicium d'énergie de gap 1,12 eV, la longueur d'onde maximale des photons utiles vaut 1,11 × 10^-6 m, dans l'infrarouge.

La résolution de problème

Les besoins du pays s'élèvent à environ 4,8 × 10¹¹ kWh par an. À partir d'une valeur moyenne de 3,8 kWh par m² et par jour lue sur la carte, minorée pour l'horizontale et le trafic, puis multipliée par le rendement de 15 % et par 365 jours, on obtient environ 1,5 × 10² kWh par m² et par an. La surface nécessaire vaut 3,2 × 10³ km², soit environ 19 % des routes et parkings. Possible en surface, l'objectif reste peu réaliste en pratique : ampleur du chantier, intermittence de la production et coût.

Ancien programme et programme actuel

Ce sujet date de l'ancien programme de Terminale S, et il est utile de savoir ce qui reste d'actualité. Dans l'exercice 1, la nomenclature, la chromatographie, la spectroscopie infrarouge, les diagrammes de distribution et le titrage pH-métrique sont toujours au cœur de la chimie de spécialité ; seule la stéréoisomérie de configuration n'est plus au programme. L'exercice 2 est entièrement d'actualité : gravitation, deuxième loi de Newton, mouvement circulaire uniforme et troisième loi de Kepler sont des classiques des sujets récents. Dans l'exercice 3, la chaîne de transmission, l'atténuation d'un câble et la numérisation ne figurent plus au programme actuel, mais la relation entre retard, distance et vitesse et le calcul d'incertitudes restent utiles. Dans l'exercice 4, l'énergie du photon et le rendement d'une cellule photovoltaïque sont toujours étudiés, alors que la résolution de problème sous cette forme a disparu de l'épreuve actuelle.

Gérer son temps sur les 3 h 30

La répartition des points guide la gestion du temps. L'exercice 1, sur 9 points, mérite environ 1 h 30 ; l'exercice 2 environ 1 h ; les exercices 3 et 4 environ 50 minutes chacun. Commencez par l'exercice où vous êtes le plus à l'aise, mais ne laissez pas la question ouverte de l'exercice 1 pour la fin : elle demande du calme pour enchaîner volume équivalent, dilution et pourcentage massique. Dans l'exercice 2, les questions 2.2 et 2.3 sont des démonstrations dont le résultat est donné : même bloqué, utilisez ces relations pour traiter la suite. Dans l'exercice 3, les questions s'enchaînent vite si les lectures sur l'oscillogramme sont soignées. Pour l'exercice 4, réservez une dizaine de minutes à la rédaction de la démarche et du regard critique, souvent valorisés.

Conclusion

Le Bac S Asie 2017 est un sujet équilibré qui fait travailler l'essentiel des savoir-faire attendus : lire un spectre ou un chromatogramme, mener un titrage, appliquer la deuxième loi de Newton à un mouvement circulaire, raisonner sur des incertitudes et construire une résolution de problème. Les erreurs les plus coûteuses viennent de détails : un facteur de dilution oublié, une distance 2r remplacée par r, une conversion d'électronvolts en joules négligée. Le corrigé détaillé reprend chaque question avec la méthode, les calculs et les pièges, pour vous permettre de vous entraîner dans les conditions de l'épreuve.