Fiche de physique - chimie
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Sujet et corrigé Bac STI2D - STL 2016 Polynésie d'Histoire géographie

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Correction bac Polynésie 2016 - Physique chimie - BAC STI2D

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PARTIE A : Suivre et comprendre la disparition des récifs coralliens



1.1. 2 causes de l'augmentation du taux de CO_2 : Industrie et utilisation de combustibles fossiles.

1.2. D'après l'équation H_2 CO_3_{(aq)}=HCO_3^-_{(aq)}+H_{(aq)}^+, l'acide carbonique est donc une espèce chimique capable de libérer un proton H_{(aq)}^+. C'est donc un acide.

1.3. H_2O_{(l)}+H_{(aq)}^+=H_3O_{(aq)}^+

1.4. H_2 CO_3_{(aq)}+H_2 O_{(l)}  \leftrightarrows HCO_3^-_{(aq)}+H_3 O_{(aq)}^+

1.5. L'augmentation du taux de CO_2 dans l'atmosphère provoque par conséquence, une plus grande dissolution de ce dernier dans l'eau des océans. Or, le dioxyde de carbone se combine avec l'eau pour former des ions HCO_3^-_{(aq)} et des ions oxonium H_3 O_{(aq)}^+. Lorsque la concentration des ions H_3 O_{(aq)}^+ augmente, le pH des océans diminue. Donc on peut parler d'acidification des océans lorsque le taux de CO_2 dans l'atmosphère augmente.

2.1.a.
1) faux, les Us sont des ondes mécaniques

2) faux, une particule alpha est un noyau d'hélium

3) Une OEM est une vibration conjointe d'un champ électrique et d'un champ magnétique

4) Vrai la longueur d'onde est la distance parcourue par une onde durant une période.

2.1.b. La grandeur d'entrée est une information lumineuse (énergie lumineuse) et la grandeur de sortie est une grandeur électrique (tension électrique)

2.1.c. CAN : convertisseur analogique-numérique

2.2.a. \lambda =\frac{2,9.10^{-3}}{T} avec T=293K
\lambda = 9,9.10^{-6}m=9,9\mu m

2.2.b. Ce rayonnement est situé dans le domaine des infrarouges.

2.2.c. En tenant compte des effets de l'atmosphère, le signal reçu par un satellite, varie de quelques micromètres, ainsi les satellites Landsat TM et NOAA ayant une bande de détection proche de 10µm seront alors capables de détecter ce rayonnement.

a. D'après le document 5, la grandeur permettant de différencier un corail mort d'un corail vivant est la réflectance du milieu marin pour certaines longueurs d'ondes émises.

2.3.b. La réflectance maximale pour un corail « soft » se situe vers une longueur d'onde aux alentours de 0,55µm soit 550nm. Le domaine visible est compris entre 400 et 800nm environs, donc cette longueur d'onde appartient au domaine visible.

2.3.c. On calcule la longueur d'onde associée à l'énergie de rayonnement :

E=\frac{h\times c}{\lambda} \text{ donc }  \lambda =\frac{h\times c}{E}.  \lambda =  \frac{6,63.10^{-34}\times 3,00.10^8}{2,84.10^{-19}}. \text{ On trouve } \lambda =7,00.10^{-7} m=0,7\mu m.

Matériau détecté : algues.

PARTIE B : Sauver les coraux : La structure Biorock

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On pèse les électrodes avant expérience. On plonge les électrodes dans le bain thermostaté contenant de l'eau de mer. On fixe la tension à une valeur U, on déclenche le chronomètre et on laisse l'expérience se dérouler durant un temps \Delta t. On pèse les électrodes.
On recommence l'expérience pour diverses valeurs de la tension U et pour des durées \Delta t égales. On compare la masse d'aragonite formée.

1.2.a. La valeur affichée sur les deux multimètres est U=1,230V

Pour le multimètre 1 : \varepsilon_1=\frac{0,3}{100}\times 1,230+0.002=5,69.10^{-3}V donc en tenant compte de l'affichage \varepsilon_1=0,006V

Pour le multimètre 2 : \varepsilon_2=\frac{1,2}{100}\times 1,230+0.002=1,67.10^{-2}V \text{ soit } \varepsilon_2=0,017V

1.2.b. Multimètre 1 : U=(1,230\pm 0,003) V
Multimètre 2 : U=(1,230\pm 0,010)V

1.2.c. Le multimètre 1 nous donne une mesure avec une incertitude plus faible pour le multimètre 2. On préfèrera donc le multimètre 1.

2.1. principe fondamental de l'hydrostatique : P_B-P_A=\rho \times g\times (h_A-h_B)

P_B et P_A sont les pressions aux points B et A au sein d'un fluide.
\rho est la masse volumique du fluide
g représente l'intensité de la pesanteur
h_A et h_B sont les altitudes respectives du point A et B, la différence (h_A-h_B) est donc la dénivellation entre ces deux points.

2.2. A la surface de l'eau, la pression est égale à la pression atmosphérique P_A=101300 Pa
On en déduit P_B= \rho \times g\times (h_A-h_B)+P. En considérant que h_A=0 et h_B=-20m, on obtient : P_B=303386 Pa=0,3MPa
Le matériau peut supporter une pression, à sa surface, égale à 80MPa donc supportera une pression de 0,3MPa

2.3. Le procédé peut sembler intéressant car l'aragonite supporte des pressions plus importantes que les matériaux de construction cités.

3.1. P=m\times g=100\times 9,81=981N

3.2.
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Schéma A : Phase 2, le mouvement est rectiligne accéléré, on a \vec{P}+\vec{R}+\vec{F}+\vec{f}+\neq \vec{0}
Schéma B : phase 1, le système est immobile et \vec{P}+\vec{R}=\vec{0}
Schéma C : phase 3, le système est en mouvement rectiligne uniforme \vec{P}+\vec{R}+\vec{F}+\vec{f}= \vec{0}

PARTIE C : Choisir la source d'énergie pour alimenter la structure Biorock

1.1. m=\rho \times V= \rho \times S\times L=\rho \times S\times v_0\times \Delta t

1.2. E_c=\frac{1}{2}\times m\times v_0^2

1.3. E_c=\frac{1}{2}\times  \rho \times S\times v_0\times \Delta t\times v_0^2
E_c=\frac{1}{2}\times  \rho \times S\times   \Delta t\times v_0^3

1.4. P=\frac{E_c}{\Delta t} \text{ et donc } P=\frac{1}{2}\times  \rho \times S\times v_0^3

1.5. Pour P=1kW=1000W

Pour une éolienne : S_e=\frac{2P}{\rho_{air}\times v_{air}^3} \\ S_e=\frac{2\times 1000}{1,2\times 10^3} \\ S_e=1,7m^2

Pour une hydrolienne : S_h=\frac{2P}{\rho_{eau}\times v_{eau}^3}  \\ S_h=\frac{2\times 1000}{1,03.10^3\times 0,050^3} \\ S_h=1,5.10^4 m^2

1.6. La section de l'hydrolienne permettant de produire la même énergie que l'éolienne doit être environ 9000 fois plus grande. Il est donc préférable de choisir le mode éolien.

2.1. P_{reçue}=\frac{P_{fournie}}{\eta} \\ P_{reçue}=\frac{1000}{0,15}=6,7.10^3 W

2.2. L'irrandiance moyenne étant de 1500W.m^{-2} Pour obtenir 6,7.10^3 W d'énergie solaire, il faut donc un panneau d'une surface S=\frac{6,7.10^3}{1500} \approx 4,5m^2. Ainsi un panneau solaire de 5m2 permet de couvrir les besoins énergétiques du système.

3.1. P=\frac{E}{\Delta t}. Donc E=P\times \Delta t=1000\times 12\times 3600
E=4,3.10^7 J=43MJ

3.2. m_{huile}=\frac{E}{PCI} \\ m_{huile}=\frac{43}{34}=1,3kg

3.3. n_{huile}=\frac{m_{huile}}{M} \\ n_{huile}=\frac{1300}{282}=4,6mol

3.4. Equation de combustion C_{18}H_{34}O+26O_2\rightarrow 18CO_2+17H_2O

3.5. quantité de CO_2 : n_{CO_2}=n_{huile}\times 17=4,6\times 17=83mol

Masse de CO_2  : m_{CO_2}=n_{CO_2}\times M_{CO_2} \\ m_{CO_2}=83\times 44=3652g\approx 3,6kg

3.6. Le mode hydrolien semble trop complexe à mettre en place de par la surface même des pales de l'hydrolienne calculée à la question 1.5. Le groupe électrogène produit du dioxyde de carbone, qui contribue à l'acidification des océans contre laquelle le système biorock est sensé lutter. Restent l'éolien et le solaire. Le solaire est facile d'installation mais dépend de l'ensoleillement du lieu et ne fonctionne pas la nuit, l'éolien nécessite une installation plus complexe et dépend des vents. Pour ma part, il me semble que l'utilisation des panneaux solaires semble être la solution la plus simple.
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