DNB 2017AsieCorrigé complet

Sécurité dans l'habitat : détecteur de fumée et de monoxyde de carbone

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences4 questions

Notions BO couvertes

T1.2·Transformations chimiques (combustions, équations bilan, conservation)T3.3·Loi d'Ohm U=RI, P=UI T4.2·Son (propagation, vitesse, fréquence)

PDF du sujet officiel

Pour prévenir les intoxications domestiques, l'État encourage l'installation de détecteurs dans les habitations. On étudie ici un détecteur de fumée (optique) et un détecteur de CO (électrique).

1.Partie 1, Détecteur de fumée optique (8 pts)

Schéma en coupe d'un détecteur de fumée optique avec chambre, photodiode, LED, cache et particules de fumée — Document 1, Détecteur de fumée à principe optique.

Question 1

2 pts

T4.2

Nommer la source primaire de lumière contenue dans un détecteur de fumée optique.

Question 2

6 pts

T4.2

Expliquer pourquoi la photodiode détecte de la lumière en présence de fumée.

2.Partie 2, Combustion incomplète du méthane (5 pts)

Une chaudière encrassée provoque une combustion incomplète du méthane CH₄ → formation de monoxyde de carbone CO (transparent, inodore, toxique).

Question 3

5 pts

T1.2

Parmi les propositions suivantes, recopier celle qui modélise la transformation chimique à l'origine de la formation de monoxyde de carbone dans une chaudière à gaz :

1 : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
2 : 2 C + O₂ → 2 CO
3 : 2 CH₄ + 3 O₂ → 4 H₂O + 2 CO

3.Partie 3, Modéliser le détecteur de CO (12 pts)

Le détecteur de CO contient un gel qui s'assombrit en présence de CO et limite le passage de la lumière. L'alarme s'enclenche par diminution de l'éclairement.

Trois montages expérimentaux. Chacun comporte, en haut, un générateur 6 V alimentant une lampe ; en bas, un boîtier noté C relié à une alarme. Montage n° 1 : un disque de gel sous la lampe, et une thermistance au-dessus du boîtier C. Montage n° 2 : pas de disque sous la lampe, et une photodiode au-dessus du boîtier C. Montage n° 3 : un disque de gel sous la lampe, et une photorésistance au-dessus du boîtier C. — Les trois montages proposés. C est le « circuit de contrôle » : il déclenche l'alarme lorsqu'il détecte une diminution importante de l'intensité du courant.

Document 2, tableau des symboles normalisés de cinq composants : lampe, photodiode, thermistance, photorésistance et disque recouvert de gel — Document 2, symbole des composants.

Document 3, courbe décroissante de la résistance de la thermistance, en ohms, en fonction de la température en degrés Celsius : environ 250 ohms à 0 °C, 110 à 20 °C, 55 à 40 °C et 30 à 60 °C — Document 3, résistance de la thermistance en fonction de la température.

Document 4, courbe décroissante de la résistance d'une photorésistance, en ohms, en fonction de l'éclairement en lux : environ 5000 ohms à 200 lux, puis une chute rapide vers 800 ohms à 700 lux et un palier autour de 500 ohms au-delà de 1500 lux — Document 4, résistance d'une photorésistance en fonction de l'éclairement.

Question 4

12 pts

T3.3T4.2

L'alarme s'active lorsque le « circuit de contrôle » C détecte une diminution importante de l'intensité électrique dans le circuit. Choisir parmi les trois montages expérimentaux celui qui correspond le mieux au fonctionnement d'un détecteur à monoxyde de carbone à disque. Argumenter la réponse en exploitant les documents 2, 3 et 4.

Méthodologie

Chaque corrigé suit une méthodologie de rédaction rigoureuse, avec formule littérale annoncée, étapes de calcul détaillées et phrase de conclusion explicite. Idéal pour s'entraîner à rédiger comme attendu au DNB.