Brevet 2018 Asie : la physique-chimie au service de l'audition

La partie de physique-chimie de ce sujet, notée sur 25 points pour 30 minutes, s'intéresse à la surdité et aux prothèses auditives. Quatre documents servent d'appui : un schéma de l'oreille humaine, la description des composants d'une prothèse, l'audiogramme de deux patients et les spectres de trois haut-parleurs. L'élève doit relier ses connaissances sur le son et l'énergie à une situation médicale concrète.

La propagation du son dans l'oreille

La première question demande d'expliquer, à l'aide du schéma, pourquoi le son peut se propager dans le conduit auditif. Le schéma montre que l'oreille est ouverte sur l'air extérieur : le conduit est donc rempli d'air. Il suffit alors de rappeler le cours : un son a besoin d'un milieu matériel pour se propager et ne se propage pas dans le vide. L'air étant un gaz, donc un milieu matériel, le son peut circuler jusqu'au tympan.

Un calcul de distance avec la vitesse du son

La deuxième question donne la durée du trajet du son dans le conduit, 75 microsecondes, et deux vitesses : 340 m/s dans l'air et 1500 m/s dans l'eau. Il faut choisir la vitesse dans l'air, puisque le conduit contient de l'air, convertir la durée en secondes, puis appliquer la relation d = v × t. On obtient 0,0255 m, soit environ 2,6 cm. Un résultat de quelques centimètres est réaliste pour une oreille, ce qui permet de contrôler son calcul.

Les conversions d'énergie dans la prothèse

La troisième question porte sur la chaîne d'énergie. Le son transporte une énergie mécanique : le microphone la convertit en énergie électrique, et le haut-parleur réalise la conversion inverse. Le document décrivant la prothèse donne directement ces informations, qu'il faut citer puis traduire en termes d'énergie.

Croiser deux graphiques pour choisir les haut-parleurs

La dernière question est la plus exigeante. L'audiogramme montre que le patient 2 entend mal entre 250 Hz et 2000 Hz, avec une perte d'environ 32 dB à 1000 Hz. Les spectres indiquent que le haut-parleur 1 émet fortement autour de 600 Hz et le haut-parleur 2 entre 900 Hz et 2400 Hz environ. Il faut donc choisir les haut-parleurs 1 et 2 ; le troisième émet à des fréquences que le patient entend correctement.

Les pièges à éviter

Prendre la vitesse du son dans l'eau ou oublier de convertir les microsecondes fausse le calcul. Sur l'audiogramme, les fréquences doublent à chaque graduation, ce qui n'est pas le cas sur le document des spectres. Enfin, ne regarder que le creux à 1000 Hz conduit à oublier le haut-parleur 1, et la batterie ne doit pas être confondue avec le haut-parleur.

Conseils pour réussir

Commencez toujours par l'information lue sur le document, puis ajoutez la connaissance du cours. Pour les graphiques croisés, repérez d'abord l'intervalle de fréquences qui pose problème, puis cherchez les courbes hautes dans cet intervalle. Le corrigé détaillé reprend chaque question comme sur une copie.