Corrigé du brevet de sciences 2023 (Amérique du Nord)

On mesure une durée avec un chronomètre.

Le chronomètre.

Une vitesse s’exprime en mètres par seconde : c’est une distance divisée par une durée.

La bonne relation est donc v = d/t.

d est la distance parcourue, en mètres (m).

t est la durée du parcours, en secondes (s).

v = d/t, avec d la distance parcourue et t la durée du parcours.

On applique la relation de la question 2, avec d = 400 m et t = 48,36 s.

v = d/t = 400 ÷ 48,36 ≈ 8,27 m/s

Vérification : 8,27 × 48,36 ≈ 399,9 m, ce qui est très proche des 400 m.

En km/h : 8,27 × 3,6 ≈ 29,8 km/h. Cet ordre de grandeur est plausible pour une championne.

v ≈ 8,27 m/s, soit environ 29,8 km/h.

Conseil : Écris la formule, le calcul avec les valeurs, puis le résultat avec son unité.

La trajectoire. D’après le début du sujet, la course se termine par une ligne droite. La figure de la page 2 indique que cette ligne droite mesure 100 m. La trajectoire est donc une portion de droite : le mouvement est rectiligne.

La vitesse. Les 100 derniers mètres correspondent aux intervalles « 300 à 350 » et « 350 à 400 » du graphique. La vitesse moyenne baisse entre ces deux intervalles, pour les trois niveaux.

Valeurs lues, à peu près : de 7,6 à 6,9 m/s au niveau mondial, de 7,5 à 7,35 m/s au niveau national, de 7,2 à 7,05 m/s au niveau régional.

La vitesse diminue : le mouvement est ralenti (on dit aussi décéléré).

Le mouvement est rectiligne et ralenti.

Conseil : Ici, un adjectif décrit la trajectoire et l’autre décrit la vitesse. La question demande une justification pour chacun : le texte pour le premier, le graphique pour le second.

On calcule l’écart entre chaque athlète et la suivante au classement : 0,84 s, 0,26 s, 0,15 s, 0,26 s, 0,10 s et 0,91 s.

Le plus petit écart sépare Candice McLeod (49,87 s) et Jodie Williams (49,97 s).

49,97 − 49,87 = 0,10 s

Candice McLeod et Jodie Williams sont séparées de 0,10 s.

Méthode. Sans haut-parleur, le son met plus de temps à atteindre le coureur le plus éloigné du starter. On calcule cette durée pour les coureurs n° 1 et n° 8, puis on compare leur différence aux 0,10 s de la question 5.

De la relation v = d/t, on tire t = d/v.

Coureur n° 1 : t₁ = 5 ÷ 340 ≈ 0,015 s

Coureur n° 8 : t₈ = 45 ÷ 340 ≈ 0,132 s

Différence : Δt = t₈ − t₁ ≈ 0,132 − 0,015 ≈ 0,12 s

Vérification : l’écart de distance vaut 45 − 5 = 40 m, et 40 ÷ 340 ≈ 0,12 s.

Comparaison. Le coureur n° 8 entendrait le départ environ 0,12 s après le coureur n° 1. Ce retard est plus grand que les 0,10 s qui séparent McLeod et Williams.

Conclusion. Sans haut-parleurs, le coureur le plus éloigné partirait avec un retard qui peut suffire à changer un classement. La course ne serait pas équitable. Avec un haut-parleur juste derrière chaque coureur, tous entendent le signal au même moment et partent à égalité.

Sans haut-parleurs, le coureur n° 8 entendrait le signal environ 0,12 s après le coureur n° 1. Ce retard dépasse les 0,10 s de la question 5 : il pourrait fausser le classement.

Conseil : Compare bien la différence des deux durées à 0,10 s, et non la seule durée du coureur n° 8. Termine par une phrase qui répond au « pourquoi ».

Série 1. Les racines servent à absorber l’eau et les sels minéraux du sol. Dans le document 1, la flèche « eau + sels minéraux » entre par les racines.

Série 2. La production initiale de matière organique a lieu dans les feuilles. Le symbole de cette production est placé sur une feuille.

Série 3. Elle nécessite de la lumière et de la matière minérale (eau, sels minéraux, dioxyde de carbone). Le dioxyde de carbone, la lumière et la sève brute arrivent à ce symbole : c’est la photosynthèse.

Série 4. La sève élaborée transporte la matière organique, des feuilles vers les autres organes de la plante. La sève brute, elle, monte l’eau et les sels minéraux.

Série 5. Les grains contiennent de la matière organique produite par les feuilles, puis apportée par la sève élaborée.

1 : absorber l’eau et les sels minéraux. 2 : dans les feuilles. 3 : lumière et matière minérale. 4 : matière organique, des feuilles vers les autres organes. 5 : produite par les feuilles.

Conseil : Ici, le piège est de confondre les deux sèves. Vérifie la légende du document 1 : le trait plein désigne la sève élaborée, les pointillés désignent la sève brute.

Dans la zone 1, les passages d’engins lourds sont fréquents et la compaction du sol atteint 2 100 g/cm².

Dans la zone 2, les passages sont rares et la compaction n’est que de 1 055 g/cm².

2 100 ÷ 1 055 ≈ 2 : la compaction est environ deux fois plus forte dans la zone 1.

Plus les engins agricoles lourds passent souvent, plus le sol est compacté : 2 100 g/cm² contre 1 055 g/cm².

Au 9ᵉ jour, on lit environ 620 mm² pour le sol non compacté (courbe en pointillés).

On lit environ 290 mm² pour le sol compacté (courbe en trait plein).

620 − 290 = 330 mm², et 620 ÷ 290 ≈ 2,1.

Au 9ᵉ jour, la surface totale des racines est environ deux fois plus grande dans le sol non compacté : environ 620 mm² contre environ 290 mm².

Conseil : Une comparaison demande les deux valeurs avec leur unité, puis une phrase qui les relie.

Ce que montre le document 1. L’eau et les sels minéraux entrent dans la plante par les racines, puis montent dans la sève brute.

Ce que montre le document 3. Dans un sol compacté, la surface totale des racines est plus petite : environ 290 mm² contre 620 mm² au 9ᵉ jour. La légende précise aussi que l’eau et l’air y circulent difficilement.

Ce qu’on en déduit. Les racines absorbent l’eau par leur surface. Si cette surface est réduite, le contact avec le sol est plus faible et la plante peut absorber moins d’eau. De plus, l’eau circule mal dans ce sol : elle arrive plus difficilement aux racines.

Un sol compacté réduit la surface des racines et freine la circulation de l’eau : la plante absorbe donc moins d’eau.

Conseil : La question cite deux documents : utilise les deux. Donne une information tirée de chacun, puis ta déduction.

Le constat (document 2). La zone 1 donne 8 tonnes par hectare, la zone 2 donne 8,4 tonnes par hectare, soit 0,4 tonne de plus. Les plants mesurent en moyenne 117 cm dans la zone 1 et 145 cm dans la zone 2.

Ce qui diffère. La composition minérale du sol et l’éclairement sont identiques dans les deux zones. Ces facteurs n’expliquent donc pas l’écart. La différence porte sur la compaction du sol : 2 100 g/cm² dans la zone 1 contre 1 055 g/cm² dans la zone 2.

Les racines (document 3). Dans l’expérience sur la tomate, un sol compacté réduit la surface des racines et gêne la circulation de l’eau. On peut penser que le maïs réagit de la même façon dans la zone 1, même si l’expérience ne porte pas sur lui.

La production de matière organique (document 1). Les feuilles produisent la matière organique à partir de lumière et de matière minérale, dont l’eau et les sels minéraux venus des racines. Si les racines absorbent moins, on peut penser que la plante produit moins de matière organique.

La récolte (document 1). La sève élaborée distribue cette matière organique dans la plante et l’apporte aux grains. Avec moins de matière organique, les plants grandiraient moins et les épis en stockeraient moins.

Conclusion. Les passages fréquents d’engins ont compacté le sol de la zone 1. Ce tassement réduirait les racines et l’absorption d’eau, donc la production de matière organique. Cela expliquerait des plants plus petits et une récolte plus faible.

Dans la zone 1, le sol tassé limiterait les racines, comme chez la tomate, donc l’absorption d’eau et de sels minéraux. La plante produirait moins de matière organique, d’où des plants plus petits et une récolte plus faible : 8 t/ha contre 8,4 t/ha.

Conseil : Rédige une chaîne de causes, du sol jusqu’au grain, et cite chaque document à son étape. Écarte d’abord la lumière et les sels du sol : le document 2 les donne identiques.