Bac 2025 Asie jour 2 : une épreuve équilibrée entre chimie, mécanique et électricité

Le sujet de spécialité physique-chimie du bac 2025 en Asie (jour 2) se compose de trois exercices pour 20 points, à traiter en 3 h 30. Le premier, sur les batteries au lithium, est le plus long avec 9 points ; il mêle chimie des solutions et électrochimie. Le deuxième, sur le slam dunk au golf, vaut 6 points et porte sur l'effet Doppler et le mouvement dans un champ de pesanteur. Le troisième, sur le paiement sans contact, vaut 5 points et repose sur le circuit RC. L'ensemble couvre une large part du programme de terminale, avec des questions très proches du cours et quelques calculs qui demandent de la rigueur sur les unités et les conversions.

Ce sujet est un bon entraînement en conditions réelles : aucune question ne sort du programme, mais chaque exercice contient un ou deux pièges classiques qui coûtent des points aux candidats pressés. Voici l'analyse de chaque partie, puis quelques conseils de gestion du temps.

Exercice 1 : batteries au lithium (9 points)

L'exercice suit le lithium depuis son extraction dans une saumure jusqu'à son utilisation dans une batterie. Il comporte onze questions, réparties en deux grandes parties.

Contrôle du filtrat par titrage

La question 1 demande la verrerie d'une dilution au centième pour préparer 200,0 mL de solution S : bécher, pipette jaugée de 2,0 mL et fiole jaugée de 200,0 mL. Une éprouvette graduée ne convient pas pour une dilution précise. Les questions 2 à 4 portent sur le diagramme de prédominance des espèces carbonatées, avec pK_A1 = 6,3 et pK_A2 = 10,3. À pH 11,4, l'espèce prédominante est l'ion carbonate CO₃^2-, qui est une base : il capte un ion H⁺ sans pouvoir en céder.

Après la définition de l'équivalence, la question 6 attend la relation n₀(CO₃^2-) = n_E(H₃O⁺)/2, puisque deux ions oxonium réagissent avec un ion carbonate. La question 7 en est l'aboutissement : la solution S a une concentration de 1,52 × 10^-2 mol·L^-1, le filtrat cent fois plus, et la concentration en masse en ions carbonate atteint 91 g·L^-1, au-dessus du seuil de 60,0 g·L^-1. L'objectif d'extraction est donc atteint. Le piège majeur est d'oublier le facteur de dilution, qui conduit à une valeur cent fois trop faible et à une conclusion fausse.

La pile lithium-ion

Les questions 8 et 9 portent sur le fonctionnement de la pile. La réaction qui capte des électrons est une réduction et se produit à la cathode, borne positive ; celle qui en libère est une oxydation, à l'anode, borne négative. Sur l'annexe, il faut indiquer le courant de la cathode vers l'anode à l'extérieur, les électrons en sens inverse, et les ions Li⁺ qui traversent le séparateur de l'anode vers la cathode. Les électrons ne circulent jamais dans la pile : ce sont les ions qui assurent le passage du courant à l'intérieur.

Les questions 10 et 11 exploitent la capacité de la batterie. Les 214 A·h, convertis en coulombs, donnent n(e^-) = 8,00 mol, puis une masse de LiC₆ de 632 g. La relation entre charge et quantité d'électrons ne vaut qu'avec une charge en coulombs : laisser la capacité en ampères-heures est une erreur fréquente.

La rédaction compte autant que le résultat. Pour la question 7, annoncez le critère avant de calculer : l'objectif est atteint si la concentration en masse du filtrat est au moins égale à 60,0 g·L^-1. Donnez ensuite chaque étape avec sa formule littérale, puis l'application numérique, et terminez par une phrase de conclusion. Le résultat s'écrit avec deux chiffres significatifs, comme le volume V₁ = 5,0 mL, la donnée la moins précise.

Lien entre les deux parties

Le diagramme de prédominance des questions 2 à 4 sert directement au titrage : il permet d'identifier l'espèce titrée et d'écrire la bonne réaction support. De même, l'équation de la réaction 2, écrite à la question 8, donne la relation n(LiC₆) = n(e^-) utilisée à la question 11. Relire ses réponses précédentes avant d'aborder une question de calcul évite de repartir de zéro.

Exercice 2 : slam dunk au golf (6 points)

Une joueuse cherche à envoyer sa balle directement dans le trou, sans rebond. L'exercice part d'une mesure radar de la vitesse et se termine par la vérification du tir.

Effet Doppler

La balle en mouvement réfléchit l'onde du radar et modifie sa fréquence : c'est l'effet Doppler. Avec un décalage de 4 225 Hz et une fréquence émise de 21,125 GHz, la relation du document donne v₀ = 30,0 m·s^-1. Il faut convertir la fréquence émise en hertz et ne pas oublier le facteur 2 de la formule.

Mouvement dans le champ de pesanteur

La question 3 attend la démarche complète de la deuxième loi de Newton : système, référentiel terrestre supposé galiléen, bilan des forces limité au poids. On obtient a_x = 0 et a_y = -g, le signe venant de l'orientation de l'axe vertical vers le haut. Les questions 4 et 5 demandent les équations horaires, par deux intégrations successives, puis l'équation de la trajectoire, en éliminant le temps. La balle part de la hauteur h, et non de l'origine : la constante d'intégration de y(t) vaut h. La question 6 en déduit que la joueuse ne peut agir que sur la vitesse initiale et sur l'angle de tir.

La question 7 vérifie le tir avec un angle de 39° et une vitesse de 30 m·s^-1, pour un trou situé à 1,5 × 10² m. Le calcul donne y(d) = -82 m : la balle retombe vers 90 m, bien avant le trou, et le slam dunk est manqué. Le piège est la calculatrice réglée en radians, qui fournit des résultats faux sans prévenir.

L'équation de la trajectoire montre aussi que la masse de la balle n'intervient pas : sans frottements, changer de balle ne modifie pas le mouvement. Une autre démarche consiste à résoudre y(x) = 0 pour trouver le point de chute, ce qui conduit à la même conclusion. Dans les deux cas, il faut interpréter le signe du résultat : une ordonnée négative au niveau du trou signifie que la balle a déjà touché le sol.

Exercice 3 : paiement sans contact (5 points)

La puce d'une carte bancaire est modélisée par un circuit RC série. Les six questions suivent le déroulé classique du chapitre.

Équation différentielle et solution

On établit d'abord i = C du_C/dt, puis, avec la loi des mailles et la loi d'Ohm, l'équation différentielle du premier ordre avec τ = RC. La question 3 vérifie que τ s'exprime en seconde, par les unités de R et de C ou, plus vite, par l'homogénéité de l'équation. La question 4 demande de vérifier que u_C = E(1 - exp(-t/τ)) est solution : dériver sans oublier le facteur -1/τ, reporter, puis retrouver E/τ.

Lecture graphique et validation

À t = τ, la tension atteint 63 % de E, soit environ 3,2 V pour E = 5,0 V. La lecture sur l'annexe donne τ = 4,0 s, ce que confirme le produit RC avec R = 100 kΩ et C = 40 µF. La question 6 compare ce temps de réponse à l'intervalle attendu pour une puce, de 1 s à 2 s : avec 4,0 s, le circuit ne modélise pas correctement la carte bancaire. Il faudrait diviser R ou C par un facteur compris entre 2 et 4.

Les méthodes à retenir

Plusieurs gestes reviennent d'un exercice à l'autre. Le premier est la conversion des unités avant tout calcul : la capacité de la batterie en coulombs, la fréquence du radar en hertz, la hauteur de la balle en mètres. Le deuxième est le soin apporté aux chiffres significatifs : le corrigé justifie chaque arrondi par la donnée la moins précise, qu'il s'agisse de 91 g·L^-1, de 30,0 m·s^-1 ou de 4,0 s. Le troisième est la structure des questions de validation, présente dans les trois exercices : énoncer un critère, calculer une grandeur, la comparer au critère, puis conclure par une phrase. Les questions 7 de l'exercice 1, 7 de l'exercice 2 et 6 de l'exercice 3 suivent exactement ce schéma.

Gestion du temps

Le barème guide la répartition : environ 1 h 35 pour l'exercice 1, 1 h 03 pour l'exercice 2 et 53 minutes pour l'exercice 3. Gardez une dizaine de minutes en fin d'épreuve pour relire les unités et les chiffres significatifs. L'exercice 3, très proche du cours, peut être traité en premier pour prendre de l'assurance. Dans l'exercice 1, les questions de cours (définition de l'équivalence, nature de l'ion carbonate, réduction à la cathode) se traitent vite et rapportent des points même si la question 7 résiste. Dans l'exercice 2, les équations horaires et l'équation de la trajectoire sont données dans l'énoncé : si vous bloquez sur leur démonstration, utilisez-les directement pour traiter la question 7.

N'oubliez pas les annexes : le schéma de la pile et la courbe de charge du condensateur se complètent sur le document fourni, qui doit être rendu avec la copie.

Conclusion

Ce sujet récompense la maîtrise des méthodes classiques plus que l'originalité : verrerie de dilution, relation à l'équivalence, polarités d'une pile, deuxième loi de Newton, équation différentielle d'un circuit RC. Les points perdus viennent surtout des conversions (facteur de dilution, ampères-heures en coulombs, gigahertz en hertz, centimètres en mètres) et du mode de la calculatrice. Entraînez-vous sur le sujet complet en temps limité, puis comparez votre copie au corrigé détaillé, question par question, en repérant les pièges signalés.