Corrigé du brevet de sciences 2024 (Amérique du Nord)

Réactifs. Le dioxyde de carbone et l’eau sont les espèces de départ : CO₂ et H₂O doivent être à gauche de la flèche. La proposition B est donc écartée, car elle décrit la transformation inverse.

Conservation des atomes et des charges, proposition C. Il y a 2 atomes d’hydrogène à gauche, dans H₂O, et 1 seul à droite, dans H⁺. La charge totale vaut 0 à gauche et (+1) + (−2) = −1 à droite. Le sujet parle d’équations ajustées, mais celle-ci ne l’est pas : elle est écartée.

Conservation des atomes, proposition A. À gauche : 1 C, 3 O et 2 H. À droite : 2 H, 1 C et 3 O. Tous les atomes sont conservés.

Conservation des charges, proposition A. À gauche, la charge totale est nulle. À droite : 2 × (+1) + (−2) = 0. Les charges sont aussi conservées.

Proposition A : CO₂ + H₂O → 2 H⁺ + CO₃²⁻.

Conseil : Ici, deux arguments sont nécessaires : le sens de la réaction écarte B, le comptage des atomes écarte C.

Première méthode : le papier pH. On y dépose une goutte d’eau de mer, puis on compare la couleur obtenue à l’échelle de teintes.

Seconde méthode : le pH-mètre. On plonge sa sonde dans l’eau de mer et on lit la valeur affichée.

Le papier pH et le pH-mètre.

D’après l’équation de la question 1a, la dissolution du CO₂ dans l’eau forme des ions hydrogène H⁺.

Or une solution est d’autant plus acide qu’elle contient d’ions H⁺, et son pH est alors plus faible.

Plus l’océan dissout de CO₂, plus il contient d’ions H⁺ : son pH diminue, il s’acidifie.

La dissolution du CO₂ produit des ions H⁺ : leur quantité augmente dans l’eau et le pH des océans baisse.

Conseil : La réponse doit citer les ions H⁺. Dire seulement que « le CO₂ est acide » n’explique rien.

Le diagramme de la page 3 montre que la production représente 83 % de l’empreinte de 50 kg éq CO₂, et l’utilisation 14 %. C’est donc d’abord sur la production qu’il faut agir.

Première solution. Garder son smartphone plus longtemps et le faire réparer au lieu d’en acheter un neuf. On peut aussi acheter un téléphone reconditionné. Moins de téléphones sont alors fabriqués.

Seconde solution. Réduire son utilisation, par exemple en le rechargeant moins souvent ou en limitant le temps passé dessus.

Par exemple : conserver ou faire réparer son téléphone plus longtemps, et limiter son utilisation.

Conseil : Plusieurs réponses sont possibles. Appuie-toi sur le diagramme : allonger la durée de vie du téléphone agit sur le poste le plus lourd, la production.

On le lit sur la première case de la figure de la page 2.

Le symbole du lithium est Li.

Sur la case du lithium (page 2), le nombre du bas est 3 et celui du haut est 7.

D’après la représentation de la page 4, le nombre du bas est le numéro atomique Z. Il indique le nombre de protons du noyau.

Z = 3 : le noyau contient 3 protons.

Conseil : Le 7 est le nombre de nucléons, c’est-à-dire de protons et de neutrons réunis. Ne prends pas ce nombre.

Un atome est électriquement neutre : il contient autant d’électrons, de charge négative, que de protons, de charge positive.

Le noyau contient 3 protons, donc l’atome a 3 électrons.

L’atome de lithium contient 3 électrons.

L’atome est neutre : 3 charges positives et 3 charges négatives. Après la perte d’un électron, il reste 3 charges positives et 2 charges négatives.

L’ion porte donc une charge positive en excès, notée + en haut à droite du symbole.

L’ion lithium a pour formule Li⁺.

Le vélo reçoit une seule énergie, celle du cycliste qui pédale, et il en restitue deux.

Flèche 1 (énergie reçue) : énergie mécanique, d’origine musculaire, fournie par le cycliste.

Flèche 2 : énergie électrique. C’est l’énergie utile, puisqu’elle recharge la batterie.

Flèche 3 : énergie thermique. C’est l’énergie perdue, car les frottements et le passage du courant font chauffer le système.

Le schéma n’indique pas laquelle des flèches 2 et 3 est utile : les deux énergies pourraient donc être échangées, si tu précises laquelle est utile et laquelle est perdue.

1 : énergie mécanique. 2 : énergie électrique. 3 : énergie thermique.

Conseil : Le sujet interdit de recopier le diagramme : écris seulement « 1 : … », « 2 : … », « 3 : … ».

On utilise la relation E = P × t, avec P = 50 W.

Pour obtenir des wattheures, la puissance est en watts et la durée en heures : t = 30 min = 0,5 h.

E = 50 × 0,5 = 25 Wh

Vérification : en une heure, le chargeur fournirait 50 Wh. En une demi-heure, il fournit la moitié, soit 25 Wh.

E = 25 Wh.

Conseil : 30 minutes ne font pas 0,30 h. Une demi-heure s’écrit 0,5 h.

Besoin de la famille par jour. Quatre recharges de 25 Wh : 4 × 25 = 100 Wh par jour.

Besoin de la famille par an. 100 × 365 = 36 500 Wh, soit 36,5 kWh par an.

Production d’un mètre carré. Un panneau de 2 m² produit 400 kWh par an, donc 1 m² produit 400 ÷ 2 = 200 kWh par an.

Surface nécessaire. S = 36,5 ÷ 200 ≈ 0,18 m²

Vérification par la proportionnalité : 2 × 36,5 ÷ 400 ≈ 0,18 m².

Commentaire. Cette surface est très faible : environ 11 fois moins que les 2 m² d’un panneau courant (2 ÷ 0,18 ≈ 11). Un seul panneau courant produirait donc bien plus que ce qu’il faut pour recharger les quatre téléphones.

Ce calcul repose sur une production moyenne sur l’année. Le panneau ne produit rien la nuit : il faudrait donc aussi stocker l’énergie.

S ≈ 0,18 m², soit environ 11 fois moins qu’un panneau courant de 2 m².

Conseil : Compare des grandeurs de même durée : les 400 kWh sont annuels, ramène donc le besoin de la famille à l’année, et passe en kWh.

Sur l’arbre, chaque carré noir est un ancêtre commun. Plus il est à droite, plus il est récent. L’échelle du bas donne son âge en millions d’années (Ma).

a. Le kiwi. En partant d’Æpyornis et de Mullerornis vers la gauche, le premier embranchement rencontré après leur propre ancêtre commun mène au kiwi. Ils partagent avec lui un ancêtre plus récent qu’avec l’émeu ou l’autruche.

b. 30 millions d’années. Le carré qui relie Æpyornis et Mullerornis se trouve à peu près à la graduation 30 Ma.

c. 2 millions d’années. Le carré qui relie Æpyornis hildebrandti et Æpyornis maximus se trouve tout à droite, juste avant la graduation 0.

d. 70 millions d’années. L’ancêtre commun de tous les paléognathes est le carré à partir duquel partent la branche des autruches et celle de tous les autres paléognathes. Il se trouve à la graduation 70 Ma environ.

a : le kiwi. b : 30 millions d’années. c : 2 millions d’années. d : 70 millions d’années.

Conseil : Pour le d, le carré à environ 95 Ma est un piège : il relie les paléognathes aux néognathes, il n’est donc pas propre aux paléognathes. Pense à rendre l’annexe avec ta copie.

D’après le document 1, les deux genres ont divergé il y a environ 30 Ma.

D’après le document 2, l’époque de l’Oligocène s’étend de −34 Ma à −23 Ma. Or −30 Ma est compris entre ces deux dates.

Dans le même document, l’Oligocène fait partie de la période du Paléogène, qui s’étend de −65 Ma à −23 Ma.

La divergence a eu lieu à l’époque de l’Oligocène, pendant la période du Paléogène.

Conseil : La question attend deux réponses, une époque et une période, avec la date lue dans le document 1.

À −41 Ma. La carte montre que l’Amérique du Sud et l’Antarctique sont reliés : une annotation signale la continuité entre les deux continents. Cette bande de terre fait barrage à l’eau. Les courants marins dessinés ne font pas le tour de l’Antarctique.

À −32 Ma. Les deux continents sont séparés par un bras de mer, le passage du Drake. La carte montre des flèches de déplacement à côté de l’Amérique du Sud et de l’Australie, qui s’éloignent de l’Antarctique. Les flèches noires indiquent aussi des dorsales, où les plaques s’écartent.

La conséquence sur les courants. L’eau n’est plus arrêtée. Un courant océanique s’installe tout autour de l’Antarctique : sur la carte de −32 Ma, les flèches blanches forment une boucle complète autour de ce continent.

Conclusion. L’origine de la modification des courants est donc le déplacement des continents, porté par les plaques, qui a séparé l’Amérique du Sud de l’Antarctique et ouvert le passage du Drake.

Le déplacement des continents a ouvert le passage du Drake : l’obstacle a disparu et un courant s’est installé autour de l’Antarctique.

Conseil : Compare les deux cartes point par point, avec les dates : ce qui existait à −41 Ma, puis ce qui a changé à −32 Ma.

Avant l’ouverture. D’après le document 4, Madagascar a un climat sec et elle est couverte de forêts d’épineux. Le milieu semble donc le même sur toute l’île.

Après l’ouverture, à partir de −32 Ma. Le changement des courants océaniques modifie les pluies. Le nord devient humide et le sud reste sec : l’île présente désormais deux climats.

Des régimes alimentaires différents. Le document 4 indique qu’Æpyornis mangeait plutôt des plantes herbacées, alors que Mullerornis mangeait surtout des plantes succulentes, des insectes et des lézards.

Ce qu’on peut en déduire. Le document ne dit pas où vivait chaque genre, mais on peut penser que deux climats différents ont offert deux végétations différentes. Les herbacées se seraient développées dans le nord humide, et les plantes succulentes, qui supportent la sécheresse, auraient occupé le sud sec.

Les oiseaux de la population ancestrale se seraient alors adaptés à ces deux milieux. Dans chaque région, les individus les plus aptes à se nourrir de ce qui s’y trouvait auraient survécu et se seraient reproduits davantage : c’est la sélection naturelle. Au fil des générations, les différences se seraient accumulées, jusqu’à former deux genres.

Accord avec les dates. D’après le document 1, la divergence date d’environ −30 Ma, juste après l’ouverture du passage, achevée vers −32 Ma. La cause est bien antérieure à la conséquence, ce qui rend cette explication plausible.

L’ouverture du passage a modifié les courants, donc les pluies : Madagascar a eu deux milieux, et les oiseaux ont pu se séparer en deux genres aux régimes alimentaires différents.

Conseil : La réponse attend un enchaînement de causes : passage, courants, climat, végétation, régime alimentaire, divergence. La question dit « peut être à l’origine » : c’est une hypothèse, formule-la comme telle.