Brevet 2021 Asie sujet 2 : la physique-chimie et la circulation thermohaline

La partie de physique-chimie de ce sujet, notée sur 25 points et prévue pour 30 minutes, porte presque entièrement sur une seule grandeur : la masse volumique. C'est une bonne occasion de revoir une notion centrale du programme de 3e.

La situation

Sous la surface des océans circule un immense réseau de courants marins qui déplacent des masses d'eau gigantesques : c'est la circulation thermohaline. Le sujet explique qu'elle repose sur des différences de masse volumique de l'eau, elles-mêmes liées à la salinité et à la température. Les sept questions, réparties en trois parties, te font construire cette explication étape par étape.

Partie 1 : l'influence de la salinité

La question 1 demande de choisir la relation qui donne la masse volumique : c'est ρ = m / V, avec m la masse et V le volume. L'unité du tableau, le g/mL, est un bon indice : des grammes divisés par des millilitres. La question 2 applique cette relation à un échantillon de 50,0 mL d'eau de l'Atlantique Nord de masse 51,2 g : on trouve 1,024 g/mL, soit environ 1,02 g/mL. Le piège classique est de diviser dans le mauvais sens, ce qui donne environ 0,98 g/mL, une valeur impossible pour une eau salée, plus dense que l'eau douce.

La question 3 te fait ranger les données du tableau : quand la salinité passe de 0 à 35, 55 puis 200 g de sel par litre, la masse volumique passe de 1,00 à 1,02, 1,04 puis 1,24 g/mL. Plus l'eau est salée, plus sa masse volumique est grande. La question 4 vérifie que tu ne confonds pas « augmenter ensemble » et « être proportionnelles » : l'eau douce a une salinité nulle mais une masse volumique de 1,00 g/mL, donc les deux grandeurs ne sont pas proportionnelles.

Partie 2 : l'influence de la température

Le graphique montre que la masse volumique passe d'environ 1 000 kg/m³ à 5 °C à environ 990 kg/m³ à 45 °C : elle diminue quand la température augmente. Il faut bien donner le sens de variation, pas seulement dire qu'elle « change ». L'expérience du ballon confirme ce résultat : chauffée de 15 °C à 45 °C, l'eau monte dans le tube, donc son volume augmente alors que sa masse reste 250,0 g. Avec ρ = m / V, la masse volumique diminue.

Partie 3 : pourquoi les eaux polaires coulent

La dernière question rassemble tout : une eau froide et très salée a une grande masse volumique. Plus dense que les eaux qui l'entourent, elle passe en dessous, comme l'eau sous l'huile.

Conseils

Écris toujours la relation avant le calcul, garde les unités et cite des valeurs du tableau ou du graphique pour justifier chaque réponse.