Brevet 2018 Polynésie septembre : des billes d'algues pour remplacer les bouteilles

La partie de physique-chimie de ce sujet, notée sur 25 points pour 30 minutes, part d'une idée originale : fabriquer des billes à paroi gélifiée, obtenue à partir d'alginates extraits des algues, qui renferment une solution potable. Ces billes pourraient un jour remplacer les bouteilles en plastique. Le sujet suit les étapes de fabrication puis demande de calculer le poids de la solution contenue dans une bille.

Étape 1 : formule chimique et dissolution

Les premières questions sont des points à prendre. Dans la formule de l'alginate de sodium, C6H7O6Na, le chiffre 6 placé en indice après le symbole O indique 6 atomes d'oxygène. Le numéro atomique Z = 8 donne 8 protons, donc 8 électrons, car un atome est électriquement neutre. On dissout ensuite 8 g d'alginate de sodium dans 100 g d'eau et on mesure 108 g de solution : il faut conclure que la masse se conserve au cours de la dissolution. Le piège classique est d'écrire que le solide disparaît : il est dissous, et ses 8 g se retrouvent dans la masse de la solution.

Étapes 2 et 3 : transformation physique ou chimique

Au congélateur, la solution passe de l'état liquide à l'état solide. Aucune nouvelle espèce chimique n'apparaît : c'est une transformation physique, une solidification. À l'étape 3, en revanche, les ions alginate réagissent avec les ions calcium pour former l'alginate de calcium, de formule C12H14O12Ca : c'est une transformation chimique. Les réactifs se lisent à gauche de la flèche. Attention à ne pas recopier le nombre 2 dans la formule de l'ion alginate : il indique que deux ions réagissent avec un seul ion calcium.

Question 4 : le poids de la solution dans la bille

Cette tâche complexe sur 6 points demande une démarche complète. Le corrigé remonte la chaîne de calcul : le diamètre mesuré sur la photo, environ 2 cm, donne 4 cm en réalité grâce à l'échelle 1/2. La relation V = 0,52 × D³ donne un volume d'environ 33,3 cm³. Avec la masse volumique de 1,1 g/cm³, la masse vaut environ 36,6 g, soit 0,0366 kg. Le poids vaut alors P = m × g, soit environ 0,36 N.

Conseils pour réussir

Le piège principal de la dernière question est de laisser la masse en grammes dans la formule du poids : comme g s'exprime en N/kg, la masse doit être convertie en kilogrammes. Présentez chaque étape avec sa formule, son calcul et son unité, car toute initiative est valorisée. Pour distinguer transformation physique et chimique, demandez-vous toujours si de nouvelles espèces chimiques se forment.