Un sujet de physique-chimie sur l'écholocation des dauphins

La partie physique-chimie du brevet 2023 Asie s'intéresse au grand dauphin, capable de produire et de capter des signaux sonores pour localiser un banc de poissons : c'est l'écholocation. Elle compte 25 points et se traite en 30 minutes. Les sept questions s'appuient sur un schéma de la tête du dauphin, un axe des fréquences pour l'être humain, un tableau donnant la vitesse du son dans l'océan selon la profondeur et une courbe du seuil de perception du dauphin.

Les questions clés

La question 1 demande de repérer les propositions exactes : seules b et c le sont, car c'est l'évent qui émet le signal et non l'oreille interne, et le son va moins vite à 400 m (1 500 m/s) qu'à 50 m (1 520 m/s). La question 2 porte sur un signal de 50 kHz : une fois converti en 50 000 Hz, il dépasse 20 000 Hz, c'est un ultrason que le plongeur ne peut pas entendre. La question 3 fait compléter une chaîne de conversion d'énergie : l'oreille interne reçoit de l'énergie mécanique et fournit de l'énergie électrique au nerf auditif.

Les questions 4 et 5 exploitent la courbe. Entre 20 Hz et 20 000 Hz, le seuil de perception diminue quand la fréquence augmente : environ 116 dB à 200 Hz, 77 dB à 2 000 Hz et 48 dB à 20 000 Hz. Le dauphin perçoit donc plus facilement les sons de haute fréquence. Le sonar d'un navire, à 20 kHz et 70 dB, dépasse ce seuil de 48 dB : il est perçu et peut perturber le groupe.

Enfin, la question 6 fait choisir la relation v = d / t, et la question 7 l'applique : à 100 m de profondeur, la vitesse vaut 1 515 m/s, la durée 106 ms soit 0,106 s, la distance parcourue environ 160,6 m. Comme le signal fait un aller-retour, le banc de poissons se trouve à environ 80 m du dauphin.

Les pièges à éviter

Trois erreurs reviennent souvent. La première est de comparer des valeurs dans des unités différentes : 50 kHz face à 20 000 Hz, ou 106 ms avec une vitesse en m/s. La deuxième est de croire qu'un seuil élevé signifie une bonne perception, alors que c'est l'inverse. La troisième, la plus coûteuse, est d'oublier l'aller-retour du signal à la dernière question et de répondre 161 m.

Nos conseils pour réussir

Convertis toujours les grandeurs avant de comparer ou de calculer. Pour justifier avec une courbe, dis comment la grandeur varie puis cite au moins deux valeurs lues avec leur unité. Dans un problème de distance, vérifie quelle valeur du tableau correspond à la situation, ici la profondeur de 100 m. Le corrigé détaillé reprend chaque question avec la rédaction attendue sur la copie.