Le bac 2026 de physique-chimie en Amérique du Nord, jour 1

Le sujet du jour 1 de l'épreuve de spécialité physique-chimie en Amérique du Nord, session 2026, se compose de trois exercices pour un total de 20 points, à traiter en 3 h 30. Il est déséquilibré en faveur de la chimie : l'exercice 1, sur la valorisation du dioxyde de carbone dans les cimenteries, vaut à lui seul 9 points. Les deux autres exercices relèvent de la physique : l'effet photoélectrique et le photovoltaïque pour 6 points, puis un lancer franc au basket pour 5 points.

Ce sujet est un excellent entraînement de fin d'année, car il couvre des chapitres très différents : chimie organique, acide-base, titrage, aspect particulaire de la lumière, énergie et mécanique newtonienne. Il récompense surtout la rigueur : conversions d'unités, chiffres significatifs, valeurs intermédiaires non arrondies et rédaction des démonstrations.

Les notions à maîtriser avant de se lancer

Pour la chimie, il faut savoir reconnaître les groupes caractéristiques, construire un diagramme de prédominance, exprimer un taux d'avancement à partir d'un tableau d'avancement, représenter des flèches courbes dans un mécanisme et exploiter une courbe de titrage pH-métrique avec sa dérivée. La relation entre énergie, puissance et durée sert aussi en fin d'exercice. Pour la physique, le sujet mobilise l'énergie d'un photon, le travail d'extraction, la notion de rendement, puis toute la méthode de Newton : bilan des forces, projection, primitives et conditions initiales. Aucune de ces notions n'est exotique, mais leur enchaînement dans un même sujet demande une révision complète du programme de terminale.

Exercice 1: valorisation du dioxyde de carbone dans les cimenteries (9 points)

L'éthanolamine, une base faible

L'exercice s'ouvre sur la formule de l'éthanolamine : il faut entourer les groupes hydroxyle et amine et nommer les familles alcool et amine. La concentration de 3,3 mol·L^-1 d'une solution à 20 % se vérifie par la masse d'un litre de solution, en exprimant le volume en millilitres puisque la masse volumique de l'eau est donnée en g·mL^-1. Le diagramme de prédominance place la frontière à pK_A = 9,5 ; à pH = 11, la forme basique prédomine.

Les questions sur le taux d'avancement forment une progression guidée : définition τ = x_f/x_max, expression de x_max = C × V, puis démonstration d'une formule faisant intervenir K_e, c⁰ et 10^-pH. L'oubli de c⁰ dans la concentration en ions oxonium est le piège principal. Le résultat, τ = 3,0 × 10^-4, confirme que l'éthanolamine est une base faible, même si le pH de la solution est élevé.

Le mécanisme réactionnel

L'intermédiaire réactionnel est l'espèce formée à l'étape 1 puis consommée à l'étape 2. Les flèches courbes partent du doublet non liant de l'azote vers le carbone de CO₂, puis d'un doublet de la liaison C=O vers l'oxygène. La vérification des charges finales, N⁺ et O^-, est une bonne habitude.

Le titrage d'une solution usagée

La dilution au 50^e se réalise avec une pipette jaugée de 5,0 mL et une fiole jaugée de 250,0 mL. L'équivalence se repère au minimum de la courbe dérivée, à V_E = 14,3 mL. La question à prise d'initiative enchaîne la relation à l'équivalence, le facteur de dilution et le calcul du titre massique, d'environ 17 %. Sans le facteur 50, le résultat devient absurde. Le commentaire final confronte ce titre au tableau du sujet : la solution reste utilisable sans risque de corrosion, mais elle capte moins bien qu'une solution neuve à 20 %.

Du dihydrogène au méthanol

L'équation de synthèse CO₂ + 3 H₂ → CH₃OH + H₂O s'ajuste en vérifiant l'hydrogène en dernier. Le calcul de la durée de production des 37 500 tonnes de dihydrogène reste simple si l'on garde l'énergie en kW·h et la puissance en kW : environ 6,3 × 10³ h, soit à peu près 260 jours. Comparée aux 8 760 h d'une année, cette durée montre que la puissance de 330 MW des électrolyseurs est suffisante.

Exercice 2 : l'effet photoélectrique et ses applications (6 points)

Le zinc éclairé

Il faut d'abord décrire l'effet photoélectrique : un photon d'énergie hν cède son énergie à un électron du métal, qui n'est arraché que si cette énergie atteint le travail d'extraction. La fréquence seuil du zinc se calcule par ν_S = W_ext/h, avec le travail d'extraction converti de 4,3 eV en joules. On obtient 1,0 × 10¹⁵ Hz, et une longueur d'onde seuil d'environ 290 nm, dans l'ultraviolet. Pour une radiation de 250 nm, l'effet se produit car la longueur d'onde est inférieure à la longueur d'onde seuil : attention au sens de l'inégalité, qui s'inverse entre fréquence et longueur d'onde.

La vitesse des électrons

Le bilan d'énergie hν = W_ext + E_c conduit à l'expression de la vitesse d'éjection. Le calcul numérique, v = 4,9 × 10⁵ m·s^-1, exige de conserver la valeur non arrondie de ν_S, 1,038 × 10¹⁵ Hz : la soustraction de deux fréquences proches amplifie l'erreur d'arrondi. Seule la fréquence de la radiation influence cette vitesse ; l'intensité lumineuse change seulement le nombre d'électrons émis.

Le panneau photovoltaïque

La lecture de la puissance maximale, 140 W à 800 W·m^-2, et la surface du panneau, 1,497 m², donnent un rendement d'environ 12 %. La dernière question, plus ouverte, aboutit à 17 panneaux pour couvrir la moitié d'une consommation annuelle de 7 500 kW·h, soit environ 25 m² de toiture. On arrondit toujours à l'entier supérieur, et le commentaire peut évoquer la surface disponible et la variation de la production selon les saisons.

Exercice 3 : la wemba-mania (5 points)

Le pointage vidéo

L'exercice analyse un lancer franc. Les points de la figure 2 sont alignés sur une droite passant par l'origine : le mouvement selon Ox est uniforme, avec v_x = 4,0 m·s^-1. Sur la figure 3, l'ordonnée à l'origine donne v_y0 = 5,0 m·s^-1, et le coefficient directeur, proche de -g, valide la chute libre. On en tire v₀ = 6,4 m·s^-1 et un angle de tir de 51°, à condition d'avoir la calculatrice en mode degré.

La deuxième loi de Newton

Après avoir précisé le système, le référentiel galiléen et la seule force, le poids, on obtient a_x = 0 et a_y = -g. Deux primitives successives, avec à chaque fois une constante fixée par les conditions initiales, donnent les équations horaires. L'élimination du temps conduit à l'équation de la trajectoire, y = -0,31 x² + 1,3 x + 3,05.

Le verdict

Le centre du ballon redescend à la hauteur du cercle, 3,05 m, pour x = 4,2 m, c'est-à-dire au niveau du centre du panier. Avec un ballon de 0,25 m de diamètre et un cercle de 0,45 m, il reste environ 10 cm de jeu de chaque côté : le lancer est réussi sans toucher le cercle. La comparaison des diamètres est indispensable à la conclusion.

Gérer son temps pendant les 3 h 30

Une répartition proportionnelle aux points donne environ 1 h 35 pour l'exercice 1, 1 h 03 pour l'exercice 2 et 53 minutes pour l'exercice 3. L'exercice 1 est le plus long et le plus varié : il vaut mieux ne pas rester bloqué sur la démonstration du taux d'avancement ou sur le mécanisme, car les parties sur le titrage et sur le méthanol sont largement indépendantes. Les exercices 2 et 3, plus guidés, permettent de sécuriser des points en peu de temps si l'on connaît bien son cours.

L'ordre de traitement est libre. Un élève à l'aise en mécanique peut commencer par l'exercice 3 pour prendre confiance, puis enchaîner sur l'effet photoélectrique et terminer par la chimie. Un élève plus solide en chimie a intérêt à attaquer directement l'exercice 1, qui rapporte le plus de points. Dans tous les cas, lisez d'abord l'ensemble du sujet pour repérer les questions de cours rapides : définir l'équivalence, décrire l'effet photoélectrique, donner l'expression d'un taux d'avancement ou écrire l'équation de synthèse du méthanol. Ces questions ne demandent que quelques lignes et peuvent être traitées dès la première lecture.

Plusieurs questions donnent le résultat à démontrer, comme la concentration de 3,3 mol·L^-1, l'expression du taux d'avancement, la vitesse d'éjection des électrons ou l'équation de la trajectoire. Même si la démonstration résiste, ce résultat peut être réutilisé dans la suite : il ne faut jamais abandonner un exercice parce qu'une question intermédiaire bloque.

Gardez quelques minutes en fin d'épreuve pour relire les unités, les chiffres significatifs et les conclusions. Dans les questions à prise d'initiative, comme le titre massique de l'exercice 1 ou le lancer franc de l'exercice 3, annoncer clairement sa démarche rapporte des points même si le calcul n'aboutit pas.

Conclusion

Ce sujet du jour 1 en Amérique du Nord est représentatif de l'épreuve de spécialité : une large part de chimie, des questions de cours à ne pas négliger, des calculs où les conversions décident de la note et deux questions ouvertes qui demandent une démarche structurée. Les erreurs qui coûtent le plus de points y sont toujours les mêmes : une conversion oubliée, une valeur arrondie trop tôt, un facteur de dilution omis, un signe perdu dans une projection ou une conclusion qui ne s'appuie pas sur les données. Traitez-le en temps limité, puis comparez votre copie au corrigé détaillé de chaque exercice, en vous attardant sur les pièges signalés question par question.