Brevet 2018 Amérique du Sud : quels signaux pour communiquer depuis un sous-marin

La partie de physique-chimie de ce sujet, notée sur 25 points pour 30 minutes, se déroule dans un sous-marin en plongée. Le texte d'introduction décrit deux situations : la communication à bord, avec des lampes et une sirène, et la communication vers l'extérieur, avec une bouée « antenne » reliée par un câble et un sonar. Trois documents complètent le sujet : un schéma des moyens de communication, l'échelle des fréquences sonores et l'écran du sonar. Cinq questions mènent de la lecture du texte jusqu'à un calcul de profondeur.

Les signaux à bord et l'information transmise

Les questions 1 et 2 portent seulement sur la communication à bord. Les lampes émettent un signal lumineux, la sirène un signal sonore. L'information est portée par la couleur de la lumière : blanche quand il fait jour à la surface, rouge quand il fait nuit. La sirène, elle, signale un incendie. Le piège est de citer le signal radio : il sert à communiquer vers l'extérieur, pas à bord.

Choisir les bonnes propositions

La question 3 demande uniquement des lettres. Le câble relie le sous-marin à la bouée et transporte un signal électrique : la proposition B est exacte. La bouée émet et reçoit des signaux radio, donc elle échange avec le satellite : la proposition D est exacte. Aucun câble ne relie le bateau au sous-marin. Une lettre fausse en trop peut coûter des points.

Le sonar émet-il des sons audibles ?

La question 4 demande de comparer deux fréquences. Le sonar émet un signal de plusieurs centaines de kilohertz, soit plus de 100 000 Hz. Le document 2 indique que l'oreille humaine entend de 20 Hz à 20 000 Hz. Comme 100 000 Hz est supérieur à 20 000 Hz, le sonar émet des ultrasons, inaudibles. La méthode consiste à tout convertir en hertz avant de placer la valeur sur l'échelle.

Calculer la profondeur du fond océanique

La question 5 est la plus riche. Sur l'écran du sonar, le signal reçu est décalé de 5,5 divisions par rapport au signal émis, et une division vaut 0,1 s : la durée est donc 0,55 s. Avec une vitesse du son dans l'eau de mer de 1 500 m/s, le signal parcourt d = v × t = 825 m. Ce trajet est un aller-retour, d'où 412,5 m entre le sous-marin et le fond. Il reste à ajouter les 300 m de profondeur du sous-marin : le fond se trouve à environ 710 m sous la surface, 712,5 m par le calcul.

Conseils pour réussir

Deux oublis classiques font perdre des points : ne pas diviser par 2 pour l'aller-retour et ne pas ajouter les 300 m. Pour lire l'écran, mesure le décalage entre deux points identiques des signaux, par exemple les deux sommets, puis multiplie le nombre de divisions par la durée d'une division. Rédige chaque étape avec la relation utilisée et l'unité.