Brevet 2017 Polynésie : un voilier écologique en physique-chimie

La partie de physique-chimie de ce sujet, notée sur 25 points pour 30 minutes, s'inscrit dans le thème commun de l'épreuve, le voyage. Elle suit un voilier équipé d'un hydrogénérateur : une hélice entraînée par l'eau fait tourner un alternateur qui alimente le dessalinisateur, le système de navigation et l'éclairage. Trois parties s'enchaînent, de la chimie de l'eau de mer jusqu'à un bilan d'énergie.

Le dessalinisateur : ions et test de reconnaissance

La première partie, sur 7,5 points, part de l'eau de mer. Il faut d'abord reconnaître que les espèces de formule Na⁺ et Cl⁻ sont des ions : leur formule porte un signe, donc une charge électrique, alors qu'un atome ou une molécule est neutre. Il faut ensuite décrire un test de l'ion chlorure à l'aide d'un tableau de tests : on verse quelques gouttes de nitrate d'argent dans un tube d'eau de mer, et l'apparition d'un précipité blanc qui noircit à la lumière prouve la présence de Cl⁻.

L'hydrogénérateur : conversion d'énergie et lecture de graphique

La deuxième partie, sur 10 points, demande de compléter la chaîne d'énergie de l'alternateur : il reçoit de l'énergie cinétique et fournit de l'énergie électrique, les pertes étant thermiques. Un graphique montre ensuite l'énergie produite en 24 h selon la vitesse du voilier : la courbe reste à zéro jusqu'à 5 nœuds, puis monte. Enfin, un calcul simple avec la relation E = P × t donne l'énergie de l'éclairage : 20 W pendant 12 h, soit 240 Wh.

L'autonomie énergétique : une démarche en deux étapes

La dernière question, sur 5 points, réunit tout le reste. On additionne les consommations du tableau, 2 200 Wh, 60 Wh et 240 Wh, pour obtenir 2 500 Wh, puis on cherche sur le graphique la vitesse qui fournit cette énergie : le voilier doit naviguer à 8 nœuds au moins.

Les pièges à éviter

• Choisir l'hydroxyde de sodium pour le test : dans le tableau, son précipité blanc signale l'ion Zn²⁺, pas l'ion chlorure.
• Multiplier la puissance de l'éclairage par 24 h alors qu'il ne fonctionne que 12 h.
• Oublier un appareil dans la somme des consommations.

Nos conseils

Pour décrire un test, donne toujours le matériel, le réactif, l'observation attendue et ce qu'elle prouve. Pour un graphique, repère précisément l'endroit où la courbe quitte l'axe ou atteint la valeur cherchée, puis lis la graduation. Écris chaque étape de calcul avec son unité : même si le résultat final est faux, la démarche rapporte des points. Le corrigé détaillé reprend chaque question comme sur une copie, avec un schéma du test et la lecture du graphique.