Une épreuve de physique-chimie autour de la plongée sous-marine

Ce sujet de physique-chimie du brevet 2022 de Polynésie suit un plongeur, de la bouteille d'air comprimé jusqu'aux paliers de décompression. Il compte 25 points et se traite en 30 minutes. Les huit questions sont réparties en trois parties : l'air et la respiration, la mesure de la profondeur avec un SONAR, puis l'équilibre du plongeur pendant un palier.

Partie 1 : l'air et la transformation chimique de la respiration

On commence par la composition de l'air : ses deux constituants majoritaires sont le diazote et le dioxygène. Il faut écrire le nom des gaz, et non celui des atomes. Vient ensuite le choix d'un modèle microscopique. Deux critères se vérifient l'un après l'autre : des molécules espacées pour un gaz, et deux sortes de molécules pour un mélange. Seule la représentation 2 remplit les deux conditions.

La respiration est modélisée par l'équation de la réaction entre le glucose et le dioxygène. Pour montrer que les atomes d'oxygène sont conservés, on compte 18 atomes du côté des réactifs et 18 du côté des produits. Le nombre placé devant une formule multiplie tous les atomes de la molécule. La conservation de la masse donne ensuite la masse de dioxyde de carbone formée : 18,0 + 19,2 - 10,8 = 26,4 g.

Partie 2 : le SONAR et les ultrasons

Le signal du SONAR a une fréquence de 40 kHz. Le piège est de comparer sans convertir : 40 kHz valent 40 000 Hz, ce qui dépasse 20 000 Hz, donc il s'agit d'ultrasons. On calcule ensuite la profondeur avec la relation d = v × t : le signal parcourt 60 m, mais c'est un aller-retour, donc le fond est à 30 m. Cette profondeur dépasse la limite de 20 m fixée pour un débutant : la plongée n'est pas autorisée. Une question « déterminer si » se termine toujours par une comparaison et une phrase de conclusion.

Partie 3 : poids et poussée d'Archimède

Une lecture graphique donne la poussée d'Archimède pour un volume de 100 L : 1030 N. On part de l'axe horizontal, on rejoint la droite, puis on lit sur l'axe vertical en donnant l'unité. Au palier, le poids doit être égal à cette poussée. On passe de la force à la masse avec P = m × g : 1030 N correspondent à 103 kg, soit 7 kg de plomb à ajouter aux 96 kg du plongeur, donc 7 plaquettes. Attention à ne jamais comparer directement une masse en kilogrammes et une force en newtons.

Nos conseils

Lis chaque document avant de calculer, écris la relation utilisée, puis remplace par les valeurs avec leurs unités. Termine chaque réponse par une phrase qui répond exactement à la question posée.