Présentation de l'épreuve

Le sujet de physique-chimie du Bac S 2018 Polynésie, de l'ancien programme, se compose de quatre exercices notés sur 20 points, pour une durée de 3 h 30. Les candidats de spécialité traitaient l'exercice 4 consacré aux fresques de Bamiyan. Le sujet couvre un spectre large : chimie des solutions, ondes et acoustique, mécanique et énergie, chimie organique et spectroscopie, titrage indirect. Il constitue donc un excellent entraînement de révision, à condition de bien repérer les notions qui ne figurent plus au programme actuel, signalées dans le corrigé : harmoniques d'un son, période du pendule simple, carbone asymétrique et énantiomérie, RMN du proton et titrage en retour.

Chaque exercice repose sur un contexte concret : la protection des dauphins face aux sonars, un sport extrême estonien, un acide aminé essentiel au corps humain et la conservation d'œuvres d'art anciennes. Cette diversité oblige à passer rapidement d'un domaine à l'autre, ce qui est précisément l'enjeu d'une épreuve écrite de 3 h 30.

Exercice 1 : nuisances sonores sous-marines (8 points)

L'exercice le plus long du sujet, prévu pour environ 1 h 20, se demande si les sonars militaires mettent en danger les dauphins. Il commence par une partie de chimie. Il faut d'abord rédiger le protocole d'une dilution au dixième, avec une pipette jaugée de 5,0 mL et une fiole jaugée de 50,0 mL. Vient ensuite l'interprétation qualitative d'un titrage conductimétrique des ions chlorure par les ions argent : avant l'équivalence, un ion chlorure est remplacé par un ion nitrate, de conductivité molaire ionique plus faible, et la conductivité baisse légèrement ; après l'équivalence, les ions argent et nitrate s'accumulent et elle augmente nettement.

Le volume équivalent, lu à l'intersection des deux droites, vaut environ 11 mL. Il permet de remonter à la concentration en ions chlorure, puis, en tenant compte du facteur de dilution et de la densité de l'eau de mer, à une salinité d'environ 34 g/kg, voisine de 35 g/kg. La célérité du son à 1000 m de profondeur, calculée par une formule empirique, vaut environ 1,49 × 10^3 m/s, cinq fois celle du son dans l'air.

La seconde partie porte sur les ondes : définition d'une onde progressive mécanique, domaine audible, longueur d'onde d'un sifflement de 24,9 kHz (environ 6,0 cm), harmoniques à 49,8 kHz et 74,7 kHz. Le niveau d'intensité sonore du sonar, 235 dB, et une atténuation de 0,16 dB par kilomètre conduisent à une distance de sécurité d'environ 94 km. L'effet Doppler, enfin, montre que le son perçu par le dauphin est plus aigu quand le sous-marin s'approche, avec un décalage d'environ 12 Hz. Les pièges principaux sont l'oubli du facteur de dilution, la confusion entre logarithme décimal et népérien et la vitesse laissée en kilomètres par heure.

Exercice 2 : le kiiking, sport extrême en Estonie (7 points)

Ce deuxième exercice, d'environ 1 h 10, modélise une balançoire à tiges rigides par un pendule. La première partie fait appel aux lois de Newton : au repos, le poids et l'action de la tige se compensent ; au passage par la position d'équilibre, le mouvement circulaire interdit cette compensation. Le vecteur vitesse, tangent à la trajectoire, change sans cesse de direction et de valeur.

La lecture des enregistrements donne une période de 5,4 s pour la coordonnée x et de 2,7 s pour y. La période propre du pendule simple, 5,37 s pour une longueur de 7,15 m, coïncide avec la première : c'est la période des oscillations. La relation T1 = 2 T2 se justifie qualitativement par le double passage du système au point haut pendant un aller-retour.

La partie énergétique demande d'identifier les courbes d'énergie cinétique et potentielle à partir des conditions initiales, puis de tracer l'énergie mécanique, constante à 900 J en l'absence de frottements. L'expression de l'énergie potentielle, mgL(1 − cos θ), s'établit par projection, et l'angle de lâcher vaut 33°, ce qui sort du domaine des petites oscillations. Enfin, la conservation de l'énergie donne la vitesse minimale au point bas pour réaliser un tour complet : 16,7 m/s, soit 60,3 km/h, identique à la vitesse d'une chute libre de 14,3 m.

Exercice 3 : un acide aminé au rôle majeur, la glutamine (5 points)

Cet exercice de chimie organique, à traiter en 50 minutes environ, porte sur la glutamine. Il faut d'abord repérer trois groupes caractéristiques, amide, carboxyle et amino, puis identifier le groupe prioritaire dans le nom officiel, le groupe carboxyle. Le carbone n° 2, seul carbone asymétrique, explique l'existence de deux énantiomères, la L-glutamine et la D-glutamine.

La partie acido-basique montre que la forme protonée est un diacide et, à l'aide des pKA 2,2 et 9,1, que l'espèce prédominante dans le sang porte à la fois les groupes COO− et NH3+. La partie synthèse demande le produit isomère obtenu si l'ammoniac réagit sur l'autre groupe carboxyle de l'acide glutamique, puis l'identification des sites donneur et accepteur et le tracé des flèches courbes. L'exercice se termine par l'analyse d'un spectre infrarouge, avec trois arguments à fournir, et par la prévision du spectre de RMN : six signaux, trois singulets, deux triplets et un quadruplet. Une flèche courbe doit toujours partir d'un doublet d'électrons, et les protons liés à N ou O ne se couplent pas.

Exercice 4 de spécialité : les fresques de Bamiyan (5 points)

Cet exercice de spécialité, d'environ 50 minutes, est une résolution de problème : les peintres auraient-ils pu remplacer l'huile de noix par de l'huile d'olive ? Une huile siccative a un indice d'iode supérieur à 150. Après avoir établi que la quantité de diiode titré vaut la moitié de c × VE, il faut exploiter deux titrages. Le témoin sans huile donne la quantité initiale de chlorure d'iode, 2,29 × 10^-3 mol ; l'échantillon avec huile donne la quantité restante, 1,19 × 10^-3 mol. La différence, 1,10 × 10^-3 mol, correspond au réactif fixé sur l'huile.

La masse de diiode équivalente, 0,279 g pour 0,30 g d'huile, conduit à un indice d'iode d'environ 93 : l'huile d'olive est non siccative et n'aurait pas convenu. Le piège majeur consiste à utiliser le seul volume du premier titrage, qui mesure ce qui reste et non ce qui a réagi.

Les savoir-faire transversaux du sujet

Au-delà des notions propres à chaque exercice, plusieurs compétences reviennent d'un bout à l'autre de l'épreuve. La première est l'exploitation de graphes : intersection de deux portions de droite pour le titrage conductimétrique, lecture de profils de température et de salinité en fonction de la profondeur, mesure de périodes sur des enregistrements, identification de courbes d'énergie, analyse d'un spectre infrarouge dont l'axe est gradué de droite à gauche. Dans chaque cas, le corrigé insiste sur la justification de la lecture : quelle grandeur, à quel endroit, avec quelle précision.

La deuxième compétence est la maîtrise des relations à l'équivalence. Elle apparaît deux fois, dans l'exercice 1 avec une réaction mole à mole entre ions argent et ions chlorure, et dans l'exercice 4 avec un coefficient 2 entre diiode et ions thiosulfate. Comparer ces deux situations est un excellent moyen de fixer la méthode : diviser chaque quantité de matière par son nombre stœchiométrique avant d'égaler.

La troisième est la rigueur sur les unités et les chiffres significatifs. Le sujet multiplie les conversions : millilitres en litres, kilohertz en hertz, kilomètres par heure en mètres par seconde, gramme par litre en gramme par kilogramme. Le corrigé rappelle aussi de garder les valeurs intermédiaires non arrondies, par exemple pour convertir la vitesse du kiiking en kilomètres par heure ou pour calculer l'indice d'iode.

Enfin, plusieurs questions demandent un commentaire : que penser d'une distance de 94 km, la modélisation par un pendule simple est-elle pertinente avec un angle de 33°, la conclusion sur l'huile d'olive est-elle sûre malgré les incertitudes ? Ces questions rapportent des points à qui prend le temps de rédiger une phrase argumentée, en s'appuyant sur les valeurs obtenues.

Gestion du temps

Les durées indicatives suivent le barème : environ 1 h 20 pour l'exercice 1, 1 h 10 pour l'exercice 2 et 50 minutes pour chacun des exercices 3 et 4. Une bonne stratégie consiste à lire l'ensemble du sujet pendant les premières minutes, puis à commencer par l'exercice dans lequel on se sent le plus à l'aise. L'exercice 1, très long, contient beaucoup de questions courtes et indépendantes : définitions, domaine audible, harmoniques, niveau sonore. Elles rapportent des points rapidement, même si le calcul de salinité résiste. Dans l'exercice 2, les parties sont largement indépendantes, et la partie 3 peut être traitée avec la seule expression de l'énergie potentielle donnée par l'énoncé. Pour l'exercice 3, les questions de cours sur les groupes caractéristiques et la RMN se traitent vite. Garde enfin du temps pour l'exercice 4, dont la résolution de problème demande une rédaction structurée et une conclusion claire.

Conclusion

Ce sujet du Bac S 2018 Polynésie offre une révision complète : titrages conductimétrique et colorimétrique, acoustique et effet Doppler, mécanique newtonienne et énergie, chimie organique et spectroscopie. Les compétences travaillées restent utiles aujourd'hui : exploiter un graphe, enchaîner des conversions d'unités, justifier une réponse par une loi énoncée et porter un regard critique sur un résultat. Le corrigé détaillé de chaque exercice reprend les questions une par une, avec les calculs, les points de méthode et les pièges à éviter, pour t'entraîner efficacement avant l'épreuve.