Ecole Normale de l Enseignement Privé Concours d entrée interne Session 2012 SCIENCES. L eau

Transcription

1 Ecole Normale de l Enseignement Privé Concours d entrée interne Session 2012 SCIENCES Durée : 2 heures 30 Coefficient : 2 L'usage de la calculatrice est autorisé. 1 ère partie : Sciences physiques (15 points) L eau Question 1 (1 pt) En se référant au document 1, exprimer la masse volumique de l'eau en kg/l Question 2 (2 pts) Le volume de l eau sur Terre est évalué à millions de km 3. L'eau douce représente 3% de cette quantité d'eau totale. Calculer la masse exprimée en tonne que représente l'eau douce. Question 3 (1 pt) D'après le document 2, quel est le volume d'eau exprimé en litre que contient un adulte pesant 75 kg. Question 4 (2 pts) En se basant sur le document 3, est-il vrai que tout ce qui est liquide contient de l'eau? Justifier. Page 1 sur 18

2 Question 5 (2 pts) En confrontant les différentes mesures mentionnées dans le document 4, calculer le débit du robinet exprimé en litre par minute. Donner la relation mathématique (ou formule) qui permet de calculer le débit d'un robinet. Question 6 (2 pts) Le modèle de robinet présenté dans le document 5 équipe les blocs sanitaires d'une école maternelle du Grand-Nouméa. Pour se laver les mains, les enfants appuient une seule fois sur le bouton poussoir du robinet. Quelle est la quantité d'eau utilisée pour un lavage de main effectué à l'aide du type de robinet référencé dans le document 5? Question 7 (2 pts) Sachant que les enfants passent au moins une fois par demi-journée aux toilettes, calculer la consommation d'eau annuelle liée au lavage des mains, de l'école maternelle dont les effectifs sont détaillés dans le document 6. Les lavabos collectifs sont équipés du type de robinet référencé dans le document 5. Une année scolaire compte 36 semaines. Question 8 (3 pts) Afin de limiter le gaspillage de l'eau, la direction de l'école a adapté des mousseurs hydro économes sur les robinets des lavabos collectifs. Sachant que le prix du mètre cube d'eau toutes taxes comprises est de 260 francs, calculer l'économie annuelle sur laquelle la direction de l'école peut escompter. Page 2 sur 18

3 Document 1 : pesée d'un volume d'eau Chacun des poids sur la balance pèse 200 g. Remarque : La masse du récipient est considérée comme négligeable. Eau 800 ml g g g g Document 2 : L'eau dans notre corps Comme tous les tissus vivants notre corps contient de l'eau en une proportion qui varie au cours de la vie : - 75 % pour un bébé - 70 % pour un enfant - 60 % pour un adulte L'eau contenue dans notre corps est éliminée de trois manières différentes: - Par les urines (environ 1 L par jour) - Par la transpiration (environ 0,5 L par jour) - Par la respiration qui rejette de la vapeur d'eau (environ 0,5 L par jour) Il faut donc au total consommer 2L d'eau par jour: 1,5 provenant de boissons et le reste étant fourni par les aliments. Source : Document 3 : présence d'eau dans des produits de consommation courante Pour révéler la présence d'eau dans diverses substances on utilise le sulfate de cuivre anhydre. De couleur blanche, cette poudre devient bleue en présence d'eau. Plusieurs tests sont réalisés avec divers produits de consommation courante. Voici les résultats par l'image : Coca Cola Acétone Page 3 sur 18

4 Document 4 : estimation du débit d'un robinet Dans le tableau ci-dessous sont reportées les mesures du temps nécessaire au remplissage de divers contenants par le même robinet. Différents contenants Capacité en litre Bouteille d'1 litre Bouteille de 2 litres Casserole de 4 litres Seau de 12 litres Temps de remplissage 5 secondes 10 secondes 20 secondes 60 secondes Document 5 : Robinet à poussoir et temporisateur utilisé dans les sanitaires collectifs Fonctionnement Idéal pour les collectivités Ouverture de l'écoulement par pression sur le poussoir et fermeture automatique temporisée sans contact manuel. Destination : recommandé pour tous lieux publics à forte fréquentation. Résistance au vandalisme : Corps en laiton massif aux formes fuyantes. économie d'eau grâce à la fermeture automatique temporisée à 15 secondes et à un débit de 12 litres par minutes. GARANTIE 10 ANS. Document 6 : effectif de la partie maternelle d'une école du Grand-Nouméa Classe Nombre d'élèves Section des petits 34 Section des moyens 29 Section des moyens/grands 24 Section des grands 31 Document 7 : Les mousseurs hydro économes Fonctionnement Les fabricants de mousseurs hydro économes proposent différents modèles qui limitent plus ou moins le débit à 4 litres par minute à une pression comprise entre 2 et 3 bars (pression normale dans les réseaux d eau potable). Des modèles plus évolués laissent passer toujours le même débit quelle que soit la pression (mousseurs hydro économes autorégulés). Page 4 sur 18

5 2e partie : Sciences de la vie et de la terre (15 points) «Les besoins des cellules» L observation des êtres vivants montre qu ils sont tous constitués de cellules. Pourtant, les cellules sont très diversifiées de par leur structure et leur fonction. Notre objectif ici, est de rechercher les besoins des cellules. Activité 1 : Les besoins nutritifs des cellules. Nous allons travailler avec deux types de cellules : Les Euglènes, qui sont des algues chlorophylliennes unicellulaires. Les levures, qui sont des champignons microscopiques unicellulaires, utilisés dans la fabrication du pain ou de la bière. Pour se multiplier, ces cellules ont besoin d éléments nutritifs qu elles prélèvent dans leur environnement. Pour déterminer leurs besoins nutritifs, on réalise des cultures de ces cellules dans deux milieux différents : Tableau 1 : Composition chimique des milieux de culture Composition des milieux de culture Milieu A Eau Sels minéraux (ions) Chaque milieu sera placé ou non à la lumière. Milieu B Eau Sels minéraux (ions) Glucose (Matière organique, glucide) Après comptage avec un microscope, on obtient les résultats du nombre de cellules dans chaque cas. Tableau 2 : Expérience réalisée à 25 c et à la lumière : Levures Euglènes Milieu A Milieu B Milieu A Milieu B Début de l expérience 28 cellules 28 cellules 11 cellules 11 cellules Fin de l expérience (2 jours plus tard) 17 cellules 102 cellules 54 cellules 53 cellules Tableau 3 : Expérience réalisée à 25 c et à l obscurité: Levures Euglènes Milieu A Milieu B Milieu A Milieu B Début de l expérience 28 cellules 28 cellules 11 cellules 11 cellules Fin de l expérience (2 jours plus tard) 19 cellules 99 cellules 6 cellules 51 cellules Page 5 sur 18

6 Question 1 : (2 pts) A partir de l étude de ces résultats, en déduire les besoins nutritifs des levures. Question 2 : (3 pts) A partir de l étude de ces résultats, en déduire les besoins nutritifs des Euglènes. Question 3 : (1 pt) Pourquoi peut-on dire que les Euglènes sont des êtres vivants originaux? Question 4 : (3 pts) On distingue deux types d êtres vivants selon leurs besoins : - les individus autotrophes, qui n ont besoin que de matières minérales pour se nourrir. - les individus hétérotrophes, qui se nourrissent de matières minérales et organiques (provenant des autres êtres vivants) pour se nourrir. Indiquer à quel groupe appartiennent les Euglènes, les levures et l Homme. Justifier vos réponses. Activité 2 : Les échanges gazeux des cellules. Afin d étudier les échanges gazeux effectués par les cellules, on dispose une suspension de cellules dans une enceinte close, à l intérieur de laquelle on place des capteurs de O 2 et de CO 2. Ce dispositif est connecté à un ordinateur permettant de réaliser des mesures en continu. Voici les résultats obtenus : Page 6 sur 18

7 Question 5 : (3 pts) Analyser les résultats obtenus dans le «document a» avec des levures avant et après ajout de glucose, puis conclure sur les échanges gazeux réalisés par les levures. Question 6 : (3 pts) Analyser les résultats obtenus dans le «document b» avec des Euglènes placées à la lumière et à l obscurité, puis conclure sur les échanges gazeux réalisés par les Euglènes. Page 7 sur 18

8 3e partie : Analyse d une production d enfants (10 points) A 4 élèves : Akyra, Glenda, Dawson et Yves, il a été demandé d expliquer le phénomène d alternance jour et nuit. Leurs réponses ont été consignées en page.. Question 1 (1 pt) D après vous, à quel cycle de l école primaire cette partie est-elle au programme? Question 2 (2 pts) Quel est ou quels sont les enfants dont les représentations sont conformes au savoir en question? Justifier votre réponse. Question 3 (3 pts) Quel est l enfant dont les représentations sont les plus éloignées de la réalité physique? Justifier votre réponse. Question 4 (2 pts) Quel est l enfant qui ne fournit pas réellement d explications, qu elles soient justes ou fausses, du phénomène? Justifier votre réponse. Question 5 (2 pts) Quel est l enfant qui exprime une contradiction entre son schéma et ses explications manuscrites? Justifier votre réponse. Page 8 sur 18

9 Page 9 sur 18

10 Page 10 sur 18

11 Ecole Normale de l Enseignement Privé Concours d entrée interne Session 2012 SCIENCES Durée : 2 heures 30 Coefficient : 2 L'usage de la calculatrice est autorisé. 1 ère partie : Sciences physiques (15 points) L eau Question 1 (1 pt) En se référant au document 1, exprimer la masse volumique de l'eau en kg/l 4 x 200 g pour 800 ml une masse volumique de 1 kg/l Question 2 (2 pts) Le volume de l eau sur Terre est évalué à millions de km 3. L'eau douce représente 3% de cette quantité d'eau totale. Calculer la masse exprimée en tonne que représente l'eau douce. 1, x 3/100 = km 3 = X = 4, m 3. Comme 1 m 3 d'eau pèse 1000kg soit 1 tonne alors la masse de l'eau douce = 4, t Commentaire : ( 1 point pour la procédure + 1 pour le résultat ) Question 3 (1 pt) D'après le document 2, quel est le volume d'eau exprimé en litre que contient un adulte pesant 75 kg. 75 x 6/100 = 45 kg soit 45 litres Page 11 sur 18

12 Question 4 (2 pts) En se basant sur le document 3, est-il vrai que tout ce qui est liquide contient de l'eau? Justifier. Non tout ce qui est liquide ne contient pas de l'eau. On le voit bien avec l'huile l'alcool et l'acétone qui sont liquide et qui ne réagisse pas avec le sulfate de cuivre anhydre. Commentaire : (1 point pour la réponse + 1point pour la justification ) Question 5 (2 pts) En confrontant les différentes mesures mentionnées dans le document 4, calculer le débit du robinet exprimé en litre par minute. Donner la relation mathématique (ou formule) qui permet de calculer le débit d'un robinet. 1 litre en 5 sec = 2 l en 10 sec = 4 l en 20 sec = 12 l en 60 sec ce qui fait un débit de 12 l par minutes Débit = Volume / Temps Commentaire : ( 1 point pour le résultat + 1 point pour la formule) Question 6 (2 pts) Le modèle de robinet présenté dans le document 5 équipe les blocs sanitaires d'une école maternelle du Grand-Nouméa. Pour se laver les mains, les enfants appuient une seule fois sur le bouton poussoir du robinet. Quelle est la quantité d'eau utilisée pour un lavage de main effectué à l'aide du type de robinet référencé dans le document 5? Volume = débit x temps = 12/60 x 15 = 3 litres Commentaire : ( 1 point pour le résultat + 1 point pour la procédure) Question 7 (2 pts) Sachant que les enfants passent au moins une fois par demi-journée aux toilettes, calculer la consommation d'eau annuelle liée au lavage des mains, de l'école maternelle dont les effectifs sont détaillés dans le document 6. Les lavabos collectifs sont équipés du type de robinet référencé dans le document 5. Une année scolaire compte 36 semaines. Page 12 sur 18

13 Volume x 9 x 36 x effectif = 3 x 9 x 36 x 118 = litres Commentaire : ( 1 point pour le résultat + 1 point pour la procédure) Question 8 (3 pts) Afin de limiter le gaspillage de l'eau, la direction de l'école a adapté des mousseurs hydro économes sur les robinets des lavabos collectifs. Sachant que le prix du mètre cube d'eau toutes taxes comprises est de 260 francs, calculer l'économie annuelle sur laquelle la direction de l'école peut escompter. Volume = débit x temps = 4/60 x 15 = 1litre Volume x 9 x 36 x effectif = 1 x 9 x 36 x 118 = litres Economie = ( ) /1000 x 260 = 19880,64 Francs Commentaire : ( 1,5 point pour les résultats + 1,5 point pour la procédure) Page 13 sur 18

14 2 ème partie : Sciences de la vie et de la terre (15 points) «Les besoins des cellules» L observation des êtres vivants montre qu ils sont tous constitués de cellules. Pourtant, les cellules sont très diversifiées de par leur structure et leur fonction. Notre objectif ici, est de rechercher les besoins des cellules. Activité 1 : Les besoins nutritifs des cellules. Nous allons travailler avec deux types de cellules : Les Euglènes, qui sont des algues chlorophylliennes unicellulaires. Les levures, qui sont des champignons microscopiques unicellulaires, utilisés dans la fabrication du pain ou de la bière. Pour se multiplier, ces cellules ont besoin d éléments nutritifs qu elles prélèvent dans leur environnement. Pour déterminer leurs besoins nutritifs, on réalise des cultures de ces cellules dans deux milieux différents : Tableau 1 : Composition chimique des milieux de culture Composition des milieux de culture Milieu A Eau Sels minéraux (ions) Milieu B Eau Sels minéraux (ions) Glucose (Matière organique, glucide) Chaque milieu sera placé ou non à la lumière. Après comptage avec un microscope, on obtient les résultats du nombre de cellules dans chaque cas. Page 14 sur 18

15 Tableau 2 : Expérience réalisée à 25 c et à la lumière : Levures Euglènes Milieu A Milieu B Milieu A Milieu B Début de l expérience Fin de l expérience (2 jours plus tard) 28 cellules 28 cellules 11 cellules 11 cellules 17 cellules 102 cellules 54 cellules 53 cellules Tableau 3 : Expérience réalisée à 25 c et à l obscurité: Levures Euglènes Milieu A Milieu B Milieu A Milieu B Début de l expérience Fin de l expérience (2 jours plus tard) 28 cellules 28 cellules 11 cellules 11 cellules 19 cellules 99 cellules 6 cellules 51 cellules Question 1 : A partir de l étude de ces résultats, en déduire les besoins nutritifs des levures. (2 pts) Les levures ont besoin d eau, de sels minéraux et de glucose, avec ou sans lumière, car c est dans le milieu B qu elles peuvent se multiplier. Question 2 : A partir de l étude de ces résultats, en déduire les besoins nutritifs des Euglènes. (3 pts) Page 15 sur 18

16 Pour se multiplier, les Euglènes ont besoin soit d eau et de sels minéraux à la lumière, soit d eau, de sels minéraux et de glucose, quand elles sont placées à l obscurité. Question 3 : Pourquoi peut-on dire que les Euglènes sont des êtres vivants originaux? (1 pt) Les Euglènes sont originales car elles peuvent aussi bien se développer à la lumière qu à l obscurité, si leurs besoins nutritifs sont adaptés. Question 4 : On distingue deux types d êtres vivants selon leurs besoins : - les individus autotrophes, qui n ont besoin que de matières minérales pour se nourrir. - les individus hétérotrophes, qui se nourrissent de matières minérales et organiques (provenant des autres êtres vivants) pour se nourrir. Indiquer à quel groupe appartiennent les Euglènes, les levures et l Homme. Justifier vos réponses. (3 pts) Les Euglènes sont autotrophes à la lumière car elles se nourrissent uniquement de matières minérales et hétérotrophes à l obscurité car elles ont aussi besoin d une matière organique (le glucose). Les levures sont des individus hétérotrophes car elles ont besoin de matières minérales et organiques (glucose) pour se développer. Les Humains sont aussi hétérotrophes car nous nous nourrissons comme les levures de matières minérales et organiques pour nous développer. Activité 2 : Les échanges gazeux des cellules. Afin d étudier les échanges gazeux effectués par les cellules, on dispose une suspension de cellules dans une enceinte close, à l intérieur de laquelle on place des capteurs de O 2 et de CO 2. Ce dispositif est connecté à un ordinateur permettant de réaliser des mesures en continu. Voici les résultats obtenus : Page 16 sur 18

17 Question 5 : avant par Analyser les résultats obtenus dans le «document a» avec des levures et après ajout de glucose, puis conclure sur les échanges gazeux réalisés les levures. (3 pts) Je constate que la concentration en O² diminue dans l enceinte, surtout après l ajout de glucose. Et la concentration en CO² augmente surtout après l ajout de glucose. J en déduis que les levures absorbent du O² et rejettent du CO², surtout en présence de glucose. Question 6 : Analyser les résultats obtenus dans le «document b» avec des Euglènes placées à la lumière et à l obscurité, puis conclure sur les échanges gazeux réalisés par les Euglènes. (3 pts) Je constate que la concentration en O² diminue à l obscurité et augmente à la lumière dans l enceinte. La concentration en CO² augmente à l obscurité et diminue à la lumière. J en déduis que les Euglènes absorbent du O² et rejettent du CO² à l obscurité. Elles absorbent du CO² et rejettent du O² à la lumière. 3e partie : Analyse d une production d enfants (10 points) A 4 élèves : Akyra, Glenda, Dawson et Yves, il a été demandé d expliquer le phénomène d alternance jour et nuit. Leurs réponses ont été consignées en page.. Question 1 (1 point) D après vous, à quel cycle de l école primaire cette partie est-elle au programme? Cette partie est vue au cycle 3 : ciel et la terre Question 2 (2 points) Quel est ou quels sont les enfants dont les représentations sont conformes au savoir en question? Justifier votre réponse. Seul Yves a des représentations conformes au savoir relatif à l alternance jour nuit. (1 point) Akyra et Dawson écrivent que c est le soleil qui tourne. Glenda ne cite pas la source de la lumière. (1 point) Page 17 sur 18

18 Question 3 (3 points) Quel est l enfant dont les représentations sont les plus éloignées de la réalité physique? Justifier votre réponse. C est Dawson car il dit que seul le soleil tourne(1,5 point). Akyra parle aussi du mouvement du soleil qui tourne mais aussi de la rotation de la Terre. (1,5 point). Question 4 (2 points) Quel est l enfant qui ne fournit pas réellement d explications, qu elles soient justes ou fausses, du phénomène? Justifier votre réponse. C est Glenda car elle ne cite pas la source de la lumière. (2 points) Question 5 (2 points) Quel est l enfant qui exprime une contradiction entre son schéma et ses explications manuscrites? Justifier votre réponse. Akyra n indique pas sur son schéma que la Terre tourne sur elle-même. (2 points) Autre réponse possible Dawson qui marque d une flèche la rotation de la Terre sur elle-même alors que dans le texte c est le soleil qui tourne. (2 points) Page 18 sur 18