Baccalauréat technologique Épreuve de physique-chimie série STI2D et STL spécialité sciences physiques et chimiques en laboratoire Exemple de sujet Durée : 3 heures - Coefficient : 4 Centre hospitalier Alès-Cévennes Démarche Haute Qualité Environnementale (HQE) Proposition de correction Niveau I : connaissances Niveau II : capacités qui nécessitent l application de règles ou de principes Niveau III : capacités qui nécessitent une analyse, un raisonnement, une argumentation, d extraire et trier des informations. 1
PARTIE A : «PÔLE ÉNERGIE» ET DÉVELOPPEMENT DURABLE. A-1 L utilisation du bois comme source d énergie. 1.1 Quantité de combustible bois consommée annuellement a) PC = 3 600 Wh.kg -1 () lecture graphique b) m = 6 500 x 10 6 /3 600 = 1,8 x 10 6 kg () application c) M(C 6 H 10 O 5 ) = 6 x 12,0 + 10 x 1,0 + 5 x 16,0 = 162 g.mol -1 n = m / M = 1,8 x 10 9 / 162 = 1,1 x 10 7 mol = 11 Mmol () connaissance () recherche info () application 1.2 Volume de CO 2 produit annuellement par la chaufferie bois. a) C 6 H 10 O 5 + 6 O 2 6 CO 2 + 5 H 2 O () pour produits de combustion () pour proportion équation b) D après les coefficients stœchiométriques de l équation chimique précédente, chaque mole de cellulose consommée produit 6 moles de dioxyde de carbone. D où : n(co 2 produit) = 6. n (C 6 H 10 O 5 consommé) = 6 x 1,1 x 10 7 = 6,6 x 10 7 mol M(CO 2 ) = 12,0 +2 x 16,0 = 44,0 g.mol -1 m = M x n = 44,0 x 6,6 x 10 7 = 2,9 x 10 9 g soit 2,9 x 10 3 t () réflexion analyse () connaissance () application 1.3 Synthèse. Le document A1-2 permet de classer le bois comme énergie renouvelable Le document A1-3 montre que le dioxyde carbone produit lors de la combustion est compensé par le dioxyde de carbone capté lors de la croissance de l arbre. Réponse attendue : (Synthèse des 2 documents) Utilisation d une énergie renouvelable (ou économie des énergies fossiles) Rejet de CO 2 limité aux émissions en amont pour le bois () analyse () réflexion synthèse Bilan sur partie A1 3 4 6 2
A-2 Etude du site photovoltaïque de l hôpital HQE 2-1 Etude électrique d un module photovoltaïque dans des conditions d éclairement standard U module = 0,498 x 54 = 26,9 V () application P module = 26,9 x 7,80 = 210 W () connaissance relation () application 2.2 Energie fournie par l installation photovoltaïque dans des conditions standard a) P T = 42 x 210 = 8,82 x 10 3 W () application b) ΔE max = P T. t = 8,82.10 3 x 1 400 = 12,3 x 10 6 W.h () connaissance () application 2.3. Influence de la disposition des modules photovoltaïques a) E = k.e = 0,55 x 12,3 MW.h = 6.8 MW.h () lecture tableau b) Inclinaison 30 et orientation Sud () réflexion - analyse 2.4. Affichage de la puissance électrique au centre de contrôle. P = ( 2 100 x 3,00 + 0,04) = 0,1 kw () analyse notice P = 3,0 0,1 kw 2,9 kw < P < 3,1 kw () application Bilan sur partie A2 2 6 3 3
PARTIE B : «PÔLE MÉDICAL» ET LA GESTION DES DÉCHETS D'ACTIVITÉS. B-1 Gestion des déchets radioactifs. 1.1 Le technétium 99. a. On appelle demi vie d un échantillon la durée au bout de laquelle le nombre de noyaux radioactifs est réduit de moitié () définition b. t (1/2) = 360 min = 6 h () lecture graphique c. Il peut être retraité à l hôpital 6 h < 71 jrs () analyse 1.2. L iridium 192. a. Le noyau est composé de Z = 77 protons et de A-Z = 115 neutrons () connaissance b. Des isotopes sont des éléments chimiques qui diffèrent uniquement par la masse de leur noyau. L iridium 192 possède 1 neutron de plus () connaissance c. Désintégration de type -- () connaissance d. N = No e -.t t = (1/ ) x ln2 = 6,36 x 10 6 s () application e. Non 6,36 x 10 6 s = 1,77 x 10 3 h = 73,8 jrs 73,8 jrs > 71 jrs. () analyse () application de conversion Bilan sur partie B1 4 2 3 4
B-2 Neutralisation des solutions acides et basiques. 2.1. Mise en œuvre du produit. a. ph mètre ou papier ph (accepté) () connaissance b. Produit corrosif : porter des gants et des lunettes. Produits irritants pour les yeux, la gorge, le nez ou la peau ; ils peuvent provoquer des allergies cutanées (eczémas) ; ils peuvent provoquer une somnolence ou des vertiges. ( ) connaissance 2.2. Utilisation du produit neutralisant a. 2,1 ml 100 ml () application V 2 V 2 = 1 800 L V 2 =(2,1 x 1 800) / 100 = 38 L b. Lorsque le ph augmente, la concentration en ions H 3 O + diminue. () connaissance 2.3. Composition du produit neutralisant. a. Définir les mots «acide» et «base». () connaissance Un acide est un élément qui peut perdre un proton H +. Une base est un élément qui peut gagner un proton H +. b. H 2 O = HO - + H + et H 3 O + = H 2 O + H + () application () connaissance c. HO - (aq) + H 3 O + (aq) 2 H 2 O (l) L ajout d ion HO - provoque la disparition des ions H 3 O + dont la concentration diminue. Il en résulte d après la question 2.b une augmentation du ph ce qui correspond au rôle attendu du produit utilisé. () application () justification Bilan sur partie B2 7 4 1 5
PARTIE C : «PÔLE LOGISTIQUE» ET LES EXIGENCES HQE. C-1. Les A.G.V. soulèvent des charges. 1.1. Plateforme en mouvement. a. v = z / t = 1,7.10-2 m.s -1 () application () relation b. Q en m 3.s -1 = m².m.s -1 soit S.v () analyse dimensionnelle c. Q = S.v = 1,7 x 10-2 x 3,0 x 10-3 = 51 x 10-6 m 3.s -1 = 51 x 10-3 L.s -1 Q = 5,1 x 10-2 L.s -1 () application () conversion d. Q = 5,1 x 10-2 x 60 = 3,1 L.min -1 () conversion () justification Valeur qui correspond à la donnée technique de 3,1 L.min -1 1.2. Plateforme en position haute. a..f = M.g = 500 x 9,8 = 4,9 x 10 3 N () formule () application b. P H = F/S = 4,9 x 10 3 / 3,0 x 10-3 = 1,6 x 10 6 Pa () recherche relation () application c. P = P B P H =.g. z () connaissance d. P = 870 x 9,81 x 6,0.10-2 = 5,1 x 10 2 Pa. () application e. Avec le nombre de chiffres significatifs utilisé () connaissance P B = P H + P = 1,6.10 6 + 5,1.10 2 = 1,6 x 10 6 Pa () raisonnement f..donnée technique : P max = 20 bar = 20.10 5 Pa > 16.10 5 Pa La pression maximum n est pas dépassée. () raisonnement Bilan sur partie C1 4 7 6 6
C-2. Les A.G.V. peuvent «voir» ce qui les entoure. 2.1. Nature des ondes électromagnétiques. a. correspond à la période spatiale de l onde. () connaissance b. () connaissance 400 () raisonnement UV Domaine visible IR (nm) 901 nm c.. = c / f = 901 nm () relation () application d. Voir ci-dessus Domaine des ondes utilisées : IR () connaissance 2.2. Principe de fonctionnement du «dispositif de vision». a. Emission de salves () observation - raisonnement b. L amplitude de l onde reçue est 4 fois plus faible que celle émise. () observation - raisonnement c. = 2,5 div x 10 ns = 25 ns () application d. Vitesse = distance / temps avec distance = 2. x (aller-retour) () raisonnement e.. x = (3,00 x 10 8 x 25 x 10-9 )/2 = 3,8 m. () application 2.3. «Dispositif de vision» et freinage. a. W( F f ) = - F f.d b. () connaissance () Connaissance () raisonnement pour signe La variation d énergie cinétique est égale au travail résistant Accepté : Théorème de l énergie cinétique : La variation d énergie cinétique est égale à la somme de travaux des forces. c. D = (400 x 1,40²) / (2 x 1600) = 0,245 m () application Oui d. La distance de freinage est proportionnelle à m () raisonnement D > D () raisonnement PARTIE D SYNTHESE. C4. Gestion de l énergie () analyse C5. Gestion de l eau C6. Gestion des déchets d'activités /25 /27 /27 Bilan sur partie C2 + D : synthèse 6 4 8 7