Une épreuve de physique-chimie autour du télescope James Webb

La partie physique-chimie du brevet de septembre 2024 en Métropole compte 25 points et se traite en 30 minutes environ. Elle part du télescope spatial James Webb, lancé le 25 décembre 2021, qui doit faire progresser l'étude de la formation des étoiles et des galaxies et celle de l'atmosphère des planètes situées hors du système solaire. Les quatre questions mobilisent le mouvement, les molécules, les distances dans l'Univers et la gravitation.

Question 1 : mouvement circulaire uniforme

Après avoir relevé les deux domaines d'étude dans le texte, il faut caractériser un mouvement circulaire uniforme : la trajectoire est un cercle et la valeur de la vitesse reste constante. Le piège est de ne donner qu'une des deux informations. Il faut ensuite choisir entre deux schémas. Le texte indique que le Soleil, la Terre et le télescope restent toujours alignés : seule la figure n°1 respecte cette condition à chaque date. Une règle posée sur le Soleil et sur la Terre permet de le vérifier date par date.

Question 2 : formules et modèles moléculaires

La formule du dioxyde de carbone est CO₂. On identifie ensuite, à l'aide de la légende, les modèles du monoxyde de carbone (n°2), de l'eau (n°3) et du sulfure d'hydrogène (n°5). Le modèle n°4, à un atome de carbone et quatre atomes d'hydrogène, est le méthane, absent de cette atmosphère. Attention aux modèles n°1 et n°5, qui se ressemblent : c'est la couleur des petits atomes qui distingue l'oxygène de l'hydrogène.

Question 3 : distances et masse volumique

Avec 1 ua = 150 millions de kilomètres, la distance de 92 ua vaut 13 800 millions de kilomètres. Pour comparer avec le système solaire, il faut prendre la planète la plus lointaine, Neptune, à 4 500 millions de kilomètres : le système observé est environ 3 fois plus étendu. Sans calcul, la planète a presque le même diamètre que Jupiter, donc presque le même volume, mais une masse environ 7 fois plus grande : sa masse volumique est donc bien plus grande.

Question 4 : la force gravitationnelle

Pour la force exercée par la Terre sur le télescope, on place la masse de la Terre et celle du télescope au numérateur, et la distance Terre-télescope au dénominateur. Le piège consiste à utiliser une donnée du Soleil. Enfin, il faut expliquer pourquoi le Soleil attire davantage le télescope, alors qu'il est environ cent fois plus loin : la distance au carré divise la force par 10 000, mais la masse du Soleil, environ 330 000 fois celle de la Terre, compense largement.

Conseils pour réussir

Lis chaque document en cherchant la condition précise qu'il impose, justifie toujours par une donnée chiffrée et vérifie les unités avant de calculer. Le corrigé détaillé reprend chaque question avec la réponse attendue, les pièges à éviter et les méthodes à retenir.