Corrigé du brevet de sciences 2025 (Asie)

Le texte précise que chaque appareil fonctionne sans dépendre des autres : on peut en éteindre un, ou il peut tomber en panne, sans que les autres s’arrêtent.

En série, il n’y a qu’une seule boucle : si un appareil est coupé, le courant ne passe plus dans les autres. En dérivation, chaque appareil est sur sa propre branche.

Les appareils sont branchés en dérivation, car chacun fonctionne sans dépendre des autres.

L’oxydation du cuivre vient de sa réaction avec le dioxygène de l’air, et le texte précise que l’air humide la favorise. Il faut donc empêcher l’air humide d’atteindre le métal.

On peut par exemple recouvrir les connexions d’une gaine étanche, d’un vernis ou d’une graisse protectrice, ou les placer dans un boîtier étanche.

Isoler le cuivre de l’air humide, par exemple avec une gaine étanche ou un vernis.

Conseil : Plusieurs réponses sont possibles. Explique le principe : le cuivre ne doit plus être au contact de l’air humide.

La bonne équation est : 2 Cu + O₂ → 2 CuO.

Première justification : les réactifs et le produit. Lors de l’oxydation, le cuivre réagit avec le dioxygène et il se forme de l’oxyde de cuivre. Cu et O₂ sont donc à gauche de la flèche et CuO à droite. La quatrième équation est écartée, car elle décrit la transformation inverse.

Deuxième justification : la conservation des atomes. Il faut le même nombre d’atomes de chaque sorte des deux côtés de la flèche. Dans la bonne équation, on compte 2 atomes de cuivre et 2 atomes d’oxygène de chaque côté.

La deuxième équation est fausse : 2 Cu et 4 O à gauche, mais 1 Cu et 1 O à droite. La troisième aussi : 1 Cu et 4 O à gauche, mais 2 Cu et 2 O à droite.

2 Cu + O₂ → 2 CuO : le cuivre et le dioxygène sont les réactifs, et les atomes sont conservés.

L’atome de cuivre est neutre. En perdant deux électrons, qui portent chacun une charge négative, il lui reste deux charges positives en excès.

L’ion porte donc deux charges positives, notées en exposant à droite du symbole.

L’ion cuivre (II) a pour formule Cu²⁺.

Conseil : Perdre des électrons donne un ion positif. Le signe n’est pas négatif, même si ce sont des électrons qui partent.

En fonctionnement normal, la lampe reçoit sa tension nominale U = 12 V et consomme sa puissance nominale P = 6 W.

On utilise la relation P = U × I, donc I = P/U.

I = 6/12 = 0,5 A

Vérification : 12 × 0,5 = 6, on retrouve bien 6 W.

I = 0,5 A.

Conseil : Le résultat est donné, le calcul seul compte : écris la relation, puis le calcul avec les valeurs, puis le résultat avec son unité.

Recopie d’abord le circuit à la règle : le générateur, la lampe, la résistance et l’interrupteur fermé, tous dans une seule boucle.

Mesure de l’intensité. Il faut un ampèremètre, représenté par un cercle contenant la lettre A. Il se branche en série : coupe le fil juste à côté de la résistance et place le symbole dans la boucle.

Mesure de la tension. Il faut un voltmètre, représenté par un cercle contenant la lettre V. Il se branche en dérivation aux bornes de la résistance : trace une nouvelle branche, reliée au fil juste avant la résistance et juste après elle, avec le symbole V sur cette branche.

Comme le circuit ne comporte qu’une seule boucle, l’ampèremètre peut être placé n’importe où dans cette boucle : l’intensité y est la même partout. En revanche, les deux fils du voltmètre doivent encadrer la résistance seule, sans la lampe ni le générateur.

Ampèremètre (A) en série dans la boucle, voltmètre (V) en dérivation aux bornes de la résistance.

Conseil : Inverser les deux branchements est le piège de cette question. Pour retenir : le voltmètre compare deux points, il se met donc de part et d’autre de la résistance.

Une résistance s’oppose au passage du courant. Ajoutée en série, elle freine le courant dans toute la boucle.

C’est ce qu’on observe ici : l’intensité passe de 0,5 A en fonctionnement normal à 0,19 A avec la connexion oxydée.

L’ajout d’une résistance en série fait diminuer l’intensité.

On repère 0,19 A sur l’axe horizontal, à mi-chemin entre 0,18 et 0,2. On monte jusqu’à la droite, puis on lit la tension sur l’axe vertical.

La droite passe juste en dessous de la ligne des 9 V. Sur l’axe vertical, une petite graduation vaut 0,2 V : on lit environ 8,9 V, soit à peu près 9 V.

Vérification par la loi d’Ohm : U = R × I = 47 × 0,19 ≈ 8,9 V. La lecture est cohérente.

U ≈ 8,9 V, soit environ 9 V.

Conseil : La question demande une lecture graphique. Le graphique n’est pas à rendre : décris ta lecture sur la copie. Le calcul avec la loi d’Ohm sert seulement de contrôle.

Le circuit ne comporte qu’une seule boucle. La loi d’additivité des tensions s’applique : la tension du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles.

U(batterie) = U(lampe) + U(résistance) + U(interrupteur)

L’interrupteur fermé a une tension nulle, donc 12 = U(lampe) + 8,9 + 0.

U(lampe) = 12 − 8,9 = 3,1 V

Avec la valeur arrondie de 9 V, on trouverait 3 V : dans les deux cas, la lampe reçoit environ 3 V.

Commentaire. La tension nominale de la lampe est de 12 V, or elle ne reçoit qu’environ 3 V, soit à peu près 4 fois moins (12 ÷ 3,1 ≈ 3,9). La plus grande partie de la tension de la batterie se retrouve aux bornes de la connexion oxydée.

L’intensité, 0,19 A, est aussi bien plus faible que les 0,5 A du fonctionnement normal. La lampe brille donc très faiblement, le voilier est mal repéré la nuit et la navigation devient dangereuse.

U(lampe) ≈ 3,1 V, soit environ 3 V, bien en dessous des 12 V nominaux : c’est pourquoi la lampe brille très faiblement.

Conseil : Le sujet demande aussi un commentaire. Compare le résultat à la tension nominale, puis relie-le à l’observation du texte : la lampe brille très peu.

1.1 : l’Islande est à cheval sur les plaques nord-américaine et eurasiatique. Sur la carte, la dorsale médio-atlantique traverse l’île. La plaque nord-américaine est indiquée à l’ouest de la dorsale et la plaque eurasiatique à l’est.

1.2 : les deux plaques s’éloignent l’une de l’autre. Sur la carte, les flèches de mouvement partent de la dorsale et pointent dans des sens opposés.

1.3 : le Krafla produit des coulées de lave fluide et c’est donc un volcan effusif. La photographie montre une longue coulée de lave. D’après le cours, une lave fluide qui s’écoule caractérise un volcan effusif, alors que les nuées ardentes caractérisent un volcan explosif.

1.1 : à cheval sur les deux plaques. 1.2 : elles s’éloignent. 1.3 : coulées de lave fluide, volcan effusif.

Conseil : Une seule case par question. Pense à rendre l’annexe avec ta copie.

La légende comporte huit nuances de gris, de 0,25 km/s chacune, du gris clair (4 km/s) au noir (6 km/s). Plus la zone est sombre, plus la vitesse est élevée. Les zones blanches ne figurent pas dans la légende : on ne les lit pas.

Zone D (forage IDDP-1). C’est la zone la plus claire de la carte. La vitesse y est d’environ 4,25 à 4,5 km/s. Juste à côté du forage, la nuance suivante donne 4,5 à 4,75 km/s.

Zone A. Gris très foncé : environ 5,5 à 5,75 km/s, avec autour une nuance un peu plus claire (5,25 à 5,5 km/s).

Zone B. Gris foncé : environ 5,25 à 5,5 km/s.

Zone C. Gris très foncé et noir : environ 5,5 à 6 km/s. Les parties noires, entre 5,75 et 6 km/s, sont les plus rapides.

Comparaison. Les ondes sismiques sont donc nettement plus lentes en zone D que sur les bords du volcan. En arrondissant, on a environ 4,5 km/s en D contre environ 5,5 km/s en A, B et C. La différence est d’environ 1 à 1,5 km/s selon la zone.

Environ 4,25 à 4,5 km/s en D, contre environ 5,25 à 6 km/s en A, B et C : les ondes sont plus lentes au niveau du forage.

Conseil : La carte ne permet pas de lire plus finement que la nuance de gris, soit 0,25 km/s. Donne une valeur ou un intervalle pour chaque zone, puis une phrase de comparaison : la question attend les deux.

Ce que disent les documents. D’après le document 2b, à 2 km de profondeur, les ondes sont les plus lentes en zone D, au centre du volcan. D’après le document 2a, une vitesse plus faible que dans les milieux voisins indique un milieu plus chaud.

La déduction. Il existe donc, à 2 km de profondeur, sous le centre du Krafla, une zone nettement plus chaude que les roches situées sur les bords du volcan.

Les connaissances. Une chambre magmatique est un réservoir de magma, c’est-à-dire de roches fondues très chaudes, situé sous un volcan. Elle se traduit par une zone plus chaude que les roches qui l’entourent.

Conclusion. La zone chaude repérée sous le volcan correspond à ce qu’on attend d’une chambre magmatique. La légende du document 2b indique d’ailleurs que le forage IDDP-1, placé dans cette zone, a atteint le sommet de la chambre en 2009.

Ondes plus lentes en D → milieu plus chaud → présence de magma à environ 2 km sous le Krafla.

Conseil : Ne confonds pas le sens de la relation : ici, lent signifie chaud. C’est le document 2a qui le dit, cite-le dans ta réponse.

Une situation géologique favorable (document 1). L’Islande est traversée par la dorsale médio-atlantique, là où deux plaques s’écartent. La carte y montre de nombreux volcans, des failles et de larges zones de roches volcaniques de moins de 0,7 million d’années.

Une chaleur proche de la surface (introduction et document 2b). Sous le Krafla, le magma se trouve à environ 2 km de profondeur seulement. Le sous-sol contient donc beaucoup de chaleur à une profondeur que les forages peuvent atteindre. Or la géothermie consiste justement à récupérer cette chaleur (document 3).

Une énergie déjà très utilisée (documents 1 et 3). La carte montre que les principales centrales géothermiques sont construites dans les zones volcaniques récentes. La géothermie représente 64 % de la consommation d’énergie de l’Islande, loin devant l’électricité (18 %), le pétrole (16 %) et le charbon (1,7 %).

Une production importante (document 3). La centrale du Krafla produit 480 GWh. Comme 10 GWh alimentent environ 2 400 logements, cela représente environ 115 200 logements (480 ÷ 10 × 2 400 = 115 200).

Un potentiel encore plus grand (document 3). Les fluides utilisés aujourd’hui sont à environ 250 à 300 °C, alors que ceux du Krafla pourraient atteindre 900 °C. Capter la chaleur de la chambre permettrait de multiplier par 10 l’énergie produite, soit environ 4 800 GWh (480 × 10).

Conclusion. Grâce à sa position sur une dorsale, l’Islande dispose d’une grande quantité de chaleur facile à atteindre. Il est donc logique qu’elle développe la géothermie, qui couvre déjà la majorité de ses besoins et pourrait produire encore davantage.

L’Islande est située sur une dorsale très volcanique : la chaleur y est abondante et proche de la surface, et la géothermie y fournit déjà 64 % de l’énergie consommée.

Conseil : La question porte sur l’ensemble des documents : utilise la carte autant que le graphique et le texte, et donne des chiffres.