Brevet 2021 Amérique du Nord : la physique-chimie au cœur d'un flocon de neige

La partie de physique-chimie de ce sujet de sciences, notée sur 25 points et prévue pour 30 minutes, part d'un phénomène familier : la neige. L'introduction rappelle les trois conditions de sa formation (un air assez humide, une température assez basse, des particules solides dans l'air), puis un document décrit la croissance d'un flocon autour d'un noyau de glace. Les quatre questions passent de l'échelle de la molécule à celle d'un abri de bus.

Questions 1 et 2 : molécule d'eau et ordres de grandeur

La première question demande la formule chimique de la molécule d'eau, H₂O, et sa composition : deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Il faut savoir lire une formule : le chiffre en indice donne le nombre d'atomes de l'élément écrit juste avant, et l'absence d'indice signifie un seul atome. La question 2 fait classer par taille croissante un atome d'oxygène, une molécule d'eau et un flocon de neige. La molécule contient l'atome d'oxygène, elle est donc plus grande que lui, et le flocon, de l'ordre du millimètre, est formé d'un très grand nombre de molécules. Le piège est de donner le bon classement dans l'ordre inverse : « croissante » veut dire du plus petit au plus grand.

Question 3 : choisir la bonne hypothèse

Il faut expliquer pourquoi la neige serait plus fréquente dans les grandes villes que dans les campagnes voisines. La clé est de relire les trois conditions de l'introduction : seule la présence de particules solides est favorisée en ville, par la pollution. La bonne réponse est la proposition C. Des températures plus élevées ou un air plus humide à la campagne rendraient au contraire la neige plus rare en ville. L'énoncé demande seulement la lettre, inutile de recopier la phrase.

Question 4 : le toit de l'abri de bus résiste-t-il ?

Cette question vaut à elle seule 14 points. Le toit, de 3,6 m sur 1,6 m, ne supporte pas plus de 2 000 N. On calcule d'abord le volume d'une couche de 50 cm de neige fraîche, soit 0,50 m : 3,6 × 1,6 × 0,50 = 2,88 m³. Avec la masse volumique de 40 kg/m³, la masse vaut 115,2 kg, et le poids P = m × g donne 1 152 N. Comme 1 152 N est inférieur à 2 000 N, le toit peut résister. Deux erreurs reviennent souvent : garder 50 en centimètres, ou prendre 2,2 m, la hauteur de l'abri, comme épaisseur de neige.

Conseils pour réussir

Rédige chaque calcul en trois temps : la formule, le calcul avec les unités, la phrase de conclusion. Pour la question 4, annonce ta démarche (volume, puis masse, puis poids) et termine toujours par la comparaison avec la valeur limite : c'est elle qui répond à la question posée.