Brevet 2025 Métropole septembre : la physique-chimie et les couleurs de l'hydrogène

La partie de physique-chimie de ce sujet, notée sur 25 points et prévue pour 30 minutes, part de la découverte d'un gisement de dihydrogène naturel en Lorraine. Le texte explique que l'on donne au dihydrogène une couleur selon son mode de production : « blanc » quand il est naturel, « noir » ou « gris » quand il est fabriqué à partir de charbon ou de gaz naturel, « vert » quand il est produit grâce à l'électricité issue de sources d'énergie renouvelables. Les quatre questions mêlent énergie, réactions chimiques et masse volumique.

Question 1 : lire le texte d'introduction

La réponse est dans le texte : la production du dihydrogène « noir » ou « gris » émet des gaz à effet de serre et utilise des sources d'énergie non renouvelables. Le mot « contrairement » sert d'indice, car il oppose ces productions au dihydrogène « blanc ».

Question 2 : la chaîne énergétique d'un véhicule

Dans la pile à combustible, le dihydrogène et le dioxygène réagissent : l'énergie stockée est de l'énergie chimique. Sur le schéma, la flèche (1) entre la pile et le moteur est un transfert électrique, et la flèche (2), du moteur vers la transmission et la roue, est un transfert mécanique. Le piège est de confondre une forme d'énergie, stockée dans un réservoir, avec un mode de transfert, représenté par une flèche.

Question 3 : comparer des équations de réaction

Les produits de la production « grise » sont écrits à droite de la flèche : le dihydrogène et le dioxyde de carbone. On attend des noms, pas des formules. La production « verte » forme seulement du dihydrogène et du dioxygène : elle ne rejette pas de dioxyde de carbone. Pour la dernière question, on compare les deux équations qui forment 4 molécules de dihydrogène : la production « noire » libère alors 2 molécules de dioxyde de carbone, contre 1 pour la « grise », soit deux fois plus.

Question 4 : pourquoi comprimer le gaz

Avec la relation m = ρ × V, on trouve m = 42 × 0,15 = 6,3 kg dans le réservoir à 700 bars. À un bar, 1 kg occupe 11 m³, donc 6,3 kg occuperaient environ 69 m³, plus de 200 fois le volume du coffre de 0,32 m³. Comprimé, le gaz tient dans 0,15 m³. Attention à ne pas réutiliser la masse volumique de 42 kg/m³ à un bar : elle n'est valable qu'à 700 bars.

Conseils

Pour un « montrer que », écris la relation, remplace les lettres par les valeurs avec leurs unités, puis compare au résultat annoncé. Garde du temps pour la question 4, qui rapporte le plus de points après la question 3.