Histoire 1e Titre du document - LE COIN DES SCIENCES EN STI2D

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.
N1
N2
N3
1.1 Quantité de combustible bois consommée annuellement
-1
a) PC = 3 600 Wh.kg
6
6
b) m = 6 500 x 10 /3 600 = 1,8 x 10 kg
c)
*
(*) lecture graphique
-1
*
M(C6H10O5) = 6 x 12,0 + 10 x 1,0 + 5 x 16,0 = 162 g.mol
9
*
(*) application
*
7
n = m / M = 1,8 x 10 / 162 = 1,1 x 10 mol = 11 Mmol
(*) connaissance
(*) recherche info
*
(*) application
1.2 Volume de CO2 produit annuellement par la chaufferie bois.
*
a) C6H10O5 + 6 O2  6 CO2 + 5 H2O
(*) 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 :
7
*
7
n(CO2 produit) = 6. n (C6H10O5 consommé) = 6 x 1,1 x 10 = 6,6 x 10 mol
*
-1
M(CO2) = 12,0 +2 x 16,0 = 44,0 g.mol
7
9
m = M x n = 44,0 x 6,6 x 10 = 2,9 x 10 g
(*) réflexion – analyse
3
soit 2,9 x 10 t
(*) 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 CO2 limité aux émissions en amont pour le bois
(**) analyse (*) réflexion –synthèse
Bilan sur partie A1
2
N1
N2
N3
3*
4*
6*
*
*
*
A-2 Etude du site photovoltaïque de l’hôpital HQE
N1
N2
N3
2-1 Etude électrique d’un module photovoltaïque dans des conditions
d’éclairement standard
Umodule = 0,498 x 54 = 26,9 V
*
(*) application
Pmodule = 26,9 x 7,80 = 210 W
(*) connaissance relation
(*) application
*
*
2.2 Energie fournie par l’installation photovoltaïque dans des
conditions standard
3
a) PT = 42 x 210 = 8,82 x 10 W
(*) application
*
b) ΔEmax = PT . t = 8,82.10 x 1 400 = 12,3 x 10 W.h
3
6
(*) 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)
(*) réflexion - analyse
Inclinaison 30° et orientation Sud
*
*
2.4. Affichage de la puissance électrique au centre de contrôle.
∆P = (
2
x 3,00 + 0,04) = 0,1 kW
100
(*) analyse notice
P = 3,0  0,1 kW
(**) application
2,9 kW < P < 3,1 kW
N1
N2
N3
2*
6*
3*
Bilan sur partie A2
3
*
*
*
PARTIE B : « PÔLE MÉDICAL » ET LA GESTION DES DÉCHETS D'ACTIVITÉS.
B-1 Gestion des déchets radioactifs.
N1
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
c.
N2
*
(*) lecture graphique
Il peut être retraité à l’hôpital
6 h < 71 jrs
N3
*
(*) 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 
d. N = No e 
6
6
3
6,36 x 10 s = 1,77 x 10 h = 73,8 jrs
(*) analyse
*
(*) connaissance
t = (1/) x ln2 = 6,36 x 10 s
- .t
e. Non
--
*
(*) application
73,8 jrs > 71 jrs.
*
(*) application de conversion
Bilan sur partie B1
4
*
N1
N2
N3
4*
2*
3*
*
B-2 Neutralisation des solutions acides et basiques.
2.1. Mise en œuvre du produit.
N1
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 ;
N2
N3
*
*
*
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
V’2

V2 = 1 800 L
*
(*) application
V2 =(2,1 x 1 800) / 100 = 38 L
+
b. Lorsque le pH augmente, la concentration en ions H3O 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.
-
(**) application
c.
+
H2O = HO + H
HO (aq)
+
et
+
+
H3O = H2O + H
*
(*) connaissance
+
H3O (aq)
*
*
 2 H2O(l)
-
+
L’ajout d’ion HO provoque la disparition des ions H3O 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
N1
N2
N3
7*
4*
1*
5
*
*
PARTIE C : « PÔLE LOGISTIQUE » ET LES EXIGENCES HQE.
C-1. Les A.G.V. soulèvent des charges.
N1
N2
*
*
N3
1.1. Plateforme en mouvement.
a. v = z / t = 1,7.10 m.s
-2
3
-1
-1
(*) application
-1
b. Q en m .s = m².m.s soit S.v
c.
-2
(*) relation
(**) analyse dimensionnelle
-3
-6
3
-1
-3
**
-1
Q = S.v = 1,7 x 10 x 3,0 x 10 = 51 x 10 m .s = 51 x 10 L.s
-2
-1
Q = 5,1 x 10 L.s
(*) application
-2
-1
d. Q = 5,1 x 10 x 60 = 3,1 L.min
*
*
(*) conversion
(*) conversion
(*) justification
*
*
-1
Valeur qui correspond à la donnée technique de 3,1 L.min
1.2. Plateforme en position haute.
3
a. .F = M.g = 500 x 9,8 = 4,9 x 10 N (*) formule
3
-3
(*) application
*
*
6
b. PH = F/S = 4,9 x 10 / 3,0 x 10 = 1,6 x 10 Pa
(*) recherche relation
c.
P = PB – PH = .g.z
(*) connaissance
d. P = 870 x 9,81 x 6,0.10 = 5,1 x 10 Pa.
-2
e.
2
Avec le nombre de chiffres significatifs utilisé (*) connaissance
6
2
*
*
(*) application
PB = PH + P = 1,6.10 + 5,1.10 = 1,6 x 10 Pa
f.
*
(*) application
6
5
*
*
*
(*) raisonnement
5
.Donnée technique : Pmax = 20 bar = 20.10 Pa > 16.10 Pa
La pression maximum n’est pas dépassée.
(*) raisonnement
N1
N2
N3
4*
7*
6*
Bilan sur partie C1
6
*
C-2. Les A.G.V. peuvent « voir » ce qui les entoure.
N1
N2
N3
2.1. Nature des ondes électromagnétiques.
a.
 correspond à la période spatiale de l’onde. (*) connaissance
b.
*
(*) connaissance

400
Domaine visible
UV
(*) raisonnement
*
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
d. Vitesse = distance / temps
*
(*) application
avec distance = 2.x (aller-retour)
*
(*) raisonnement
8
-9
e. .x = (3,00 x 10 x 25 x 10 )/2 = 3,8 m.
*
(*) application
2.3. « Dispositif de vision » et freinage.

a. W( F f ) = - Ff.D
b.
(*) Connaissance (*) raisonnement pour signe
*
(*) connaissance
*
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
(*) raisonnement
*
*
*
d. La distance de freinage est proportionnelle à m
D’ > D
(*) raisonnement
*
PARTIE D SYNTHESE.
C4. Gestion de l’énergie
C5. Gestion de l’eau
C6. Gestion des déchets d'activités
N1
N2
N3
Bilan sur partie C2 + D : synthèse
6*
4*
8*
(*) analyse
7
/25
/27
/27