L'épreuve de sciences du brevet 2020 Asie

L'épreuve de sciences du brevet 2020 Asie, série générale, dure 1 heure et compte 50 points. Elle réunit deux disciplines notées chacune sur 25 points et traitées sur la même copie : la physique-chimie, avec le sujet « Saut à la perche », et la technologie, avec « Le Robovolc : robot d'exploration volcanique ». Le sujet comporte 7 pages, et l'annexe de la page 7 est à rendre avec la copie. La calculatrice est autorisée.

Les deux parties sont indépendantes : tu peux commencer par celle qui te semble la plus facile. Elles ont pourtant un point commun, l'énergie : énergie mécanique du perchiste d'un côté, énergie stockée dans la batterie du robot de l'autre. Dans les deux cas, une réponse même incomplète qui montre ta démarche est prise en compte dans la notation.

Physique-chimie : le saut à la perche

Le sujet décompose le saut d'un perchiste en cinq phases : course, flexion de la perche, détente, franchissement de la barre et mouvement descendant. Toutes les questions portent sur l'énergie.

Énergie cinétique et calcul

La question 1, sur 9 points, fait choisir l'expression correcte de l'énergie cinétique, E_C = ½ × m × v², puis donner les unités : joule, kilogramme, mètre par seconde. Pour un perchiste de 80 kg lancé à 10 m/s, le calcul donne 4 000 J. Le piège classique consiste à mettre au carré autre chose que la vitesse.

Conversions d'énergie

Pendant la descente, l'énergie potentielle de position diminue car l'altitude baisse, tandis que l'énergie cinétique augmente car la vitesse croît. La perche, elle, se comporte comme un ressort : elle stocke de l'énergie potentielle élastique pendant sa flexion (phase 2) et la restitue pendant sa détente (phase 3).

Le choix des perches

La question 4 compare trois champions à l'aide d'un tableau. Il faut retenir la règle du texte : plus l'indice de flexion est petit, plus la perche est rigide. Sergueï Bubka, avec un indice de 10,6, a donc la perche la plus rigide, et non Renaud Lavillenie, dont l'indice de 13,8 correspond à la perche la plus souple. La comparaison finale croise la masse et la vitesse de chaque athlète : Lavillenie, le plus léger, a la perche la plus souple ; Bubka, lourd et le plus rapide, la plus rigide ; Steven Hooker, le plus lourd mais le moins rapide, une perche intermédiaire.

Technologie : le Robovolc

Le Robovolc est un robot mobile chargé d'explorer les volcans. Il est commandé à distance depuis un poste de pilotage par une liaison radio.

Chaîne d'information et liaison

La question 1 fait compléter la chaîne d'information sur l'annexe : le système GPS et la caméra mobile acquièrent, la carte de commande traite, les antennes de communication communiquent. Attention à ne pas y placer les roues ou la pince, qui agissent sur la matière. La question 2 justifie la liaison non filaire : un câble limiterait les déplacements du robot sur un terrain dangereux et risquerait d'être abîmé.

Programmation de l'alarme

La question 3, sur 8 points, est la plus importante de la partie. Il faut traduire l'algorigramme de la figure 4 en un programme à trois « si » emboîtés dans une boucle « répéter indéfiniment » : l'alarme ne se déclenche que lorsque le sismomètre, l'inclinomètre et la sonde de surveillance géochimique sont activés tous les trois. La question 4 montre ensuite l'intérêt du robot face aux capteurs fixes : il va prélever des échantillons et filmer là où un humain serait en danger.

Le choix de la batterie

Le cahier des charges impose 650 W·h dans 3 litres et 3 kg au plus. La batterie Ni-MH, à 200 W·h/l et 90 W·h/kg, occuperait 3,25 litres et pèserait environ 7,2 kg : elle est refusée. Il faut donc au moins 217 W·h/l et 217 W·h/kg, et sur le graphe de la figure 5 seule la zone Li metal dépasse 217 W·h/kg. Une batterie d'environ 300 W·h/l et 225 W·h/kg convient : 2,2 litres et 2,9 kg.

Gérer son temps sur 1 heure

Le sujet conseille 30 minutes par discipline. En physique-chimie, les questions 1 à 3 sont rapides si la formule et les unités sont maîtrisées : garde une bonne dizaine de minutes pour la question 4, qui demande de lire le tableau avec soin et de rédiger une comparaison. En technologie, commence par l'annexe, qui rapporte 13 points avec les questions 1 et 3, puis consacre le temps restant aux calculs de batterie, en posant chaque division avec son unité. Garde quelques minutes à la fin pour vérifier que l'annexe est bien remplie et jointe à ta copie.

Conclusion

Ce sujet complet fait travailler des compétences très utiles le jour du brevet : appliquer une formule avec les bonnes unités, raisonner sur les conversions d'énergie, exploiter un tableau ou un graphe, compléter une chaîne d'information et écrire un programme conditionnel. Le corrigé détaillé suit le sujet question par question, avec la réponse attendue sur la copie, les pièges et les méthodes.