Brevet 2019 Métropole septembre : la physique-chimie sur la qualité de l'air

La partie de physique-chimie du brevet de septembre 2019 en Métropole, notée sur 25 points et prévue pour 30 minutes, part d'une situation concrète : la surveillance de la qualité de l'air dans les grandes villes. Le sujet aborde la composition de l'air, l'énergie d'un moteur de voiture, la combustion, la formation de l'ozone puis un appareil de mesure, le LIDAR. Cinq questions courtes balaient ainsi une bonne partie du programme de 3e.

Les questions clés

La question 1 demande de lire un diagramme circulaire : l'air contient 78 % de diazote et 21 % de dioxygène, donc les deux formules à retenir sont N2 et O2. La question 2 fait compléter un diagramme de conversion d'énergie : le moteur reçoit de l'énergie chimique et la convertit en énergie cinétique et en énergie thermique.

La question 3, la plus ouverte, demande un protocole pour mettre en évidence le dioxyde de carbone produit par une combustion. Le tableau du document 2 indique le bon test : l'eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone. Le corrigé propose de recueillir les gaz de la flamme d'une bougie dans un bécher retourné, puis d'y verser de l'eau de chaux. La question 4 porte sur les atomes : la molécule de dioxygène contient 2 atomes d'oxygène, celle d'ozone 3, et il faut compter les atomes de chaque côté de l'équation NO2 + O2 → NO + O3 pour vérifier qu'on trouve 1 atome d'azote et 4 atomes d'oxygène avant comme après.

La question 5 utilise la relation d = v × t. Le signal du LIDAR va à 300 000 km/s et met 3 µs pour faire l'aller et le retour. Il parcourt 0,9 km en tout, donc la zone analysée se trouve à 0,45 km, soit 450 m.

Les pièges à éviter

Plusieurs erreurs reviennent souvent. À la question 1, le dioxyde de carbone et l'eau sont bien présents dans l'air, mais dans le 1 % restant, et O3 désigne l'ozone, pas le dioxygène. À la question 3, le sulfate de cuivre anhydre sert à reconnaître l'eau, pas le dioxyde de carbone. À la question 5, le piège principal est d'oublier de diviser par 2 : la durée mesurée correspond à un aller-retour. Il faut aussi convertir les microsecondes en secondes avant de calculer.

Nos conseils

Un protocole se rédige en trois temps : ce que l'on fait, avec des étapes numérotées et un schéma légendé, ce que l'on observe, puis ce que l'on conclut. Pour la conservation des atomes, présente ton décompte réactif par réactif, puis produit par produit, et termine par une phrase de conclusion. Enfin, dans un calcul de distance, écris toujours la relation utilisée avant de remplacer les valeurs : c'est ce que demande l'énoncé, et une partie des points en dépend.