Le bac 2024 Polynésie Jour 1 en physique-chimie
L'épreuve écrite de spécialité physique-chimie du bac 2024 Polynésie Jour 1 dure 3 h 30 et compte trois exercices pour un total de 20 points. Elle équilibre chimie et physique : un long exercice de chimie de 9 points sur la coloration capillaire, un exercice de mécanique de 5 points sur le cyclotron utilisé en protonthérapie, et un exercice d'optique de 6 points sur l'observation de Jupiter avec une lunette astronomique. Le sujet couvre ainsi une large part du programme de terminale : titrage, acide-base, loi de Beer-Lambert, cinétique, deuxième loi de Newton, mouvement dans un champ électrique et instruments d'optique. Les questions sont progressives, souvent indépendantes, et plusieurs d'entre elles demandent une vraie prise d'initiative.
Cette page présente le sujet complet et son corrigé détaillé. Pour chaque exercice, voici ce qui est demandé, les résultats clés à retrouver et les erreurs les plus fréquentes.
Exercice 1 : Coloration capillaire (9 points)
Le premier exercice part d'un produit de coloration pour cheveux et enchaîne dix-huit questions sur la chimie de terminale. Il pèse près de la moitié de la note et mérite environ 1 h 35.
Dilution et titrage
Il faut d'abord rédiger le protocole de dilution au vingtième : prélever 5,0 mL de solution S avec une pipette jaugée et les diluer dans une fiole jaugée de 100 mL. Le titrage par les ions permanganate repose sur la relation à l'équivalence n1/5 = n2E/2. Avec un volume équivalent de 18,1 mL, la solution diluée a une concentration c1 = 9,05 × 10-2 mol/L, et la solution mère c = 1,81 mol/L.
Pourcentage massique et titre en volume
Le pourcentage en masse, w = c × M / ρ, vaut 6,0 % : la solution étudiée est bien la solution n°2 du tableau. La question sur le titre en volume est une question à prise d'initiative : en raisonnant sur un litre, 1,8 mol de peroxyde d'hydrogène se décomposent en 0,90 mol de dioxygène, soit environ 20 L de gaz. Le titre de 20 volumes est vérifié.
L'ammoniac et la chimie organique
L'eau réagit avec l'ammoniac en jouant le rôle d'acide. À pH = 10,6, la concentration en ions hydroxyde vaut 4,0 × 10-4 mol/L pour une concentration apportée de 1,00 × 10-2 mol/L : le taux d'avancement final de 4,0 % montre que l'ammoniac est une base faible. Le diagramme de prédominance du couple NH4+/NH3 s'organise autour de pKA = 9,2. Côté organique, la molécule 2 porte un groupe hydroxyle et deux groupes amine, et les molécules 1 et 3 sont des isomères de position.
Beer-Lambert, couleur et cinétique
Une ligne de code Python doit convertir les concentrations exprimées en µmol/L. La loi de Beer-Lambert donne ensuite une concentration en molécule C de 1,2 × 10-3 mol/L dans le mélange, soit une teneur de 0,020 % en masse, très en dessous de la limite légale de 1,5 %. Le spectre d'absorption présente un maximum vers 445 nm : le mélange absorbe le bleu et paraît jaune. Enfin, la vitesse d'apparition du produit coloré s'écrit (1/εℓ) × dA/dt ; la tangente à 1500 s donne v1500 ≈ 4,8 × 10-9 mol·L-1·s-1.
Les pièges de l'exercice 1
Les erreurs classiques sont la verrerie non jaugée, l'inversion des nombres stœchiométriques, la division par 20 au lieu de la multiplication, l'oubli du facteur 2 de la décomposition, la confusion entre couleur absorbée et couleur perçue, et le calcul de A(1500)/1500 au lieu de la pente de la tangente.
Exercice 2 : La protonthérapie sauve la vue (5 points)
Le deuxième exercice étudie un cyclotron, l'accélérateur qui produit les protons utilisés pour traiter certaines tumeurs de l'œil. Il compte sept questions de mécanique et demande environ 53 minutes.
L'accélération dans le champ électrique
Dans la zone A, le proton n'est soumis qu'à la force électrique, son poids étant négligé. La deuxième loi de Newton donne a = (e/m) E, de valeur 4,8 × 1014 m·s-2 avec U = 50 kV et d = 1,0 cm : le mouvement est rectiligne uniformément accéléré. Une primitive donne vx(t) = (eU/md) t, et le théorème de l'énergie cinétique conduit à v1 = √(2eU/m) = 3,1 × 106 m·s-1.
Le mouvement circulaire dans le champ magnétique
Dans la zone B, la force magnétique est dirigée vers le centre de la trajectoire. Écrite dans la base de Frenet, l'accélération a une composante tangentielle nulle, ce qui prouve que le mouvement est uniforme, et sa composante normale donne v = eR1B/m. Avec R1 = 1,9 cm et B = 1,7 T, on retrouve 3,1 × 106 m·s-1 : la force magnétique ne modifie pas la valeur de la vitesse.
La lecture graphique
Le graphe de la vitesse permet de calculer aA = 5,2 × 1014 m·s-2 lors du deuxième passage dans la zone A, puis aC = v²/R2 = 7,2 × 1014 m·s-2 dans la zone C.
Les pièges de l'exercice 2
Il faut convertir les kilovolts et les centimètres, justifier la constante d'intégration, nommer précisément la direction du rayon, et ne pas conclure qu'une accélération est nulle parce que la valeur de la vitesse est constante : sur un cercle, l'accélération normale v²/R existe toujours.
Exercice 3 : Une jeune astronome (6 points)
Le troisième exercice suit une élève qui souhaite observer la grande tache rouge de Jupiter avec une lunette astronomique. Ses dix questions d'optique demandent environ une heure.
Le modèle de la lunette afocale
Un système afocal donne d'un objet à l'infini une image à l'infini. L'objectif L1 est du côté de l'astre, l'oculaire L2 du côté de l'œil. Sur le document réponse, les rayons inclinés se croisent en B1 dans le plan focal image de l'objectif, puis émergent de l'oculaire parallèles à la droite (B1O2). L'angle θ' se place entre cette direction et l'axe optique.
Grossissement et diamètre apparent
La démonstration de G = f'1/f'2 s'appuie sur deux triangles rectangles et l'approximation des petits angles. Avec un objectif de 600 mm de distance focale, les oculaires de 20 mm et 4 mm donnent G = 30 et G = 150, conformes aux indications du fabricant. Jupiter étant en opposition, la distance Terre-Jupiter vaut 6,3 × 108 km. La grande tache rouge est vue sous un angle de 2,4 × 10-5 rad à l'œil nu, puis de 7,1 × 10-4 rad à travers la lunette au grossissement 30.
Visibilité et diffraction
Ce dernier angle dépasse la limite de résolution de l'œil, 2,9 × 10-4 rad : l'élève peut distinguer la tache même au plus petit grossissement. La diffraction par l'ouverture de l'objectif, de 50 mm, peut en revanche dégrader la netteté des détails.
Les pièges de l'exercice 3
Ne faites pas converger les rayons inclinés au foyer, convertissez les distances focales dans la même unité, exprimez les angles en radians et ne confondez pas le diamètre de la tache avec celui de l'objectif.
Les méthodes communes aux trois exercices
Malgré des thèmes très différents, les trois exercices récompensent les mêmes habitudes. La première est de poser le cadre avant de calculer : le volume de solution sur lequel on raisonne en chimie, le système et le référentiel en mécanique, les triangles utilisés en optique. Une copie qui annonce clairement ce cadre se lit facilement et obtient des points même si le résultat final est faux.
La deuxième habitude concerne les unités. Dans l'exercice 1, les concentrations du programme Python sont en µmol/L et doivent être multipliées par 10-6. Dans l'exercice 2, la tension est donnée en kilovolts et la distance en centimètres. Dans l'exercice 3, les distances focales sont données l'une en centimètres, l'autre en millimètres. À chaque fois, une conversion oubliée fausse le résultat de plusieurs ordres de grandeur.
La troisième habitude est de conclure par une comparaison explicite : 6,0 % face aux valeurs du tableau, 20 L face au titre annoncé, 0,020 % face à la limite de 1,5 %, 7,1 × 10-4 rad face au pouvoir séparateur de l'œil. Enfin, les lectures graphiques reviennent dans deux exercices : la tangente à une courbe d'absorbance et la pente d'un segment sur un graphe de vitesse. Prenez des points éloignés et gardez deux chiffres significatifs.
Gérer son temps sur l'épreuve
Une règle simple consiste à répartir le temps au prorata des points : environ 1 h 35 pour l'exercice 1, 53 minutes pour l'exercice 2 et 1 h 03 pour l'exercice 3. Lisez d'abord l'ensemble du sujet pour repérer les questions indépendantes et les documents réponse à rendre. L'exercice 1 est le plus long : ne restez pas bloqué sur la question à prise d'initiative, une démarche bien posée rapporte déjà des points. Pour l'exercice 2, la rédaction type de la mécanique fait gagner du temps. Pour l'exercice 3, réservez quelques minutes au schéma, qui doit être tracé à la règle. Gardez enfin un moment pour relire les unités et les chiffres significatifs.
Conclusion
Le bac 2024 Polynésie Jour 1 est un sujet complet et équilibré, idéal pour s'entraîner en conditions réelles. Il vérifie les méthodes incontournables de terminale : relation à l'équivalence, taux d'avancement, loi de Beer-Lambert, tangente pour une vitesse, deuxième loi de Newton, base de Frenet et grossissement d'une lunette. Faites-le d'abord en temps limité, puis comparez votre copie au corrigé détaillé, question par question.