Brevet 2017 Asie : le sujet de sciences et son corrigé

L'épreuve de sciences du brevet 2017 en Asie, série générale, s'inscrit dans une thématique commune aux mathématiques et aux sciences : mesure et contrôle. La page de garde officielle annonce une épreuve d'une heure, notée sur 50 points, en deux disciplines rédigées sur des copies distinctes. Le document proposé ici réunit cette page de garde, la page de thématique commune et la partie de physique-chimie, notée sur 25 points et prévue pour 30 minutes, avec son corrigé détaillé question par question.

Le fil conducteur est la sécurité dans l'habitat : protéger une maison contre la fumée d'un incendie et contre le monoxyde de carbone, un gaz toxique, transparent et inodore, produit par une chaudière qui fonctionne mal. Les questions mêlent optique, chimie et électricité, ce qui en fait un très bon sujet de révision de fin de collège.

Physique-chimie : sécurité dans l'habitat

Partie I : le détecteur de fumée optique

Le document 1 présente deux schémas en coupe d'un détecteur de fumée, sans fumée et avec fumée. La question 1 demande de nommer la source primaire de lumière. Une source primaire produit elle-même la lumière qu'elle émet : les rayons partent du composant repéré 3, la diode électroluminescente (LED). Les particules de fumée, éclairées par la LED, renvoient la lumière sans la produire : ce sont des objets diffusants. La photodiode, elle, reçoit la lumière.

La question 2 demande d'expliquer pourquoi la photodiode détecte de la lumière en présence de fumée. La bonne méthode consiste à comparer les deux schémas. Sans fumée, la lumière se propage en ligne droite : aucun rayon ne va vers la photodiode et le cache opaque arrête celui qui part dans sa direction. Avec de la fumée, les particules diffusent la lumière dans toutes les directions et une partie atteint la photodiode, ce qui déclenche l'alarme. Le piège est d'écrire que la fumée produit de la lumière : elle ne fait que renvoyer celle de la LED.

Partie II : la détection du monoxyde de carbone

La question 3 porte sur la transformation chimique. Le gaz de ville est surtout du méthane CH4, et sa combustion incomplète produit du monoxyde de carbone. Parmi les trois propositions, la première ne produit pas de CO : c'est la combustion complète du méthane. La deuxième ne contient pas de méthane. La bonne réponse est la proposition 3, 2 CH4 + 3 O2 → 4 H2O + 2 CO. Pour s'en assurer, on compte les atomes de chaque côté de la flèche : 2 atomes de carbone, 8 d'hydrogène et 6 d'oxygène. Les atomes se conservent. Il faut aussi bien distinguer le monoxyde de carbone CO, toxique, du dioxyde de carbone CO2.

La question 4 est la plus riche. Un détecteur comporte un disque recouvert d'un gel qui s'assombrit en présence de monoxyde de carbone et laisse alors passer moins de lumière. Il faut choisir, parmi trois montages, celui qui modélise ce détecteur, en exploitant les documents 2, 3 et 4. Le document 2 permet d'identifier les composants : une thermistance dans le montage 1, une photodiode sans disque dans le montage 2, un disque et une photorésistance dans le montage 3. Le montage 2 ne convient pas, car sans disque rien ne change en présence du gaz. Le montage 1 non plus, car le document 3 montre que la résistance d'une thermistance dépend de la température et non de la lumière reçue.

Reste le montage 3. Le document 4 montre que la résistance de la photorésistance augmente quand l'éclairement diminue : environ 500 ohms à 1600 lux, mais 5000 ohms à 200 lux. Quand le gel s'assombrit, la photorésistance est moins éclairée, sa résistance augmente et, avec la même pile, l'intensité du courant diminue fortement. Le circuit de contrôle C détecte cette baisse et active l'alarme. Le montage n° 3 est donc celui qui correspond le mieux.

Gérer son temps sur l'épreuve d'une heure

L'épreuve de sciences dure une heure au total, soit 30 minutes conseillées par discipline. Pour la partie de physique-chimie, une répartition raisonnable consiste à consacrer une dizaine de minutes à la partie I, qui demande surtout une lecture attentive du schéma, puis une vingtaine de minutes à la partie II, dont la question 4 demande une argumentation construite. Commence par lire l'ensemble des documents avant de répondre, et garde quelques minutes en fin d'épreuve pour relire ta copie : la présentation et la langue française comptent pour une partie des points.

Pour une question d'argumentation comme la question 4, la méthode la plus sûre est l'élimination : écarte chaque montage qui ne convient pas avec une raison tirée d'un document, puis explique la chaîne complète pour celui qui reste. Cite toujours le numéro du document que tu utilises.

Conclusion

Ce sujet de 2017 balaie en peu de questions plusieurs notions essentielles de physique-chimie au collège : sources de lumière et diffusion, propagation rectiligne, équation de réaction et conservation des atomes, circuit électrique et lecture de graphiques. Il entraîne surtout à exploiter des documents et à argumenter, deux compétences au cœur de l'épreuve de sciences du brevet. Traite-le d'abord seul en temps limité, puis compare ta copie au corrigé détaillé pour repérer tes erreurs et retenir les méthodes.