DNB 2019Métropole (rattrapage)Corrigé complet

Pollution de l'air : composition, combustion, ozone, LIDAR

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences6 questions

Notions BO couvertes

T1.1·Espèces/mélanges/solubilité/masse volumique/changements d'état T1.2·Transformations chimiques (combustions, équations bilan, conservation)T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T3.5·Énergie électrique E=Pt (kWh, conversions)T4.1·Lumière (propagation, vitesse, année-lumière)T4.3·Distance par retard/écho

PDF du sujet officiel

Dans les grandes villes, la qualité de l'air est surveillée en permanence pour préserver la santé. On étudie ici la composition de l'air, la formation de l'ozone, et un système de mesure : le LIDAR.

1.Partie 1, Composition de l'air (2,5 pts)

Diagramme circulaire de la composition de l'air en volume : N₂, O₂ et autres — Document 1, Composition de l'air (en volume).

Question 1

2.5 pts

T1.1T1.3

Indiquer, parmi la liste, les formules des 2 principaux composants de l'air non pollué : H₂, H₂O, CH₄, CO₂, CO, O₂, O₃, N₂, NO, NO₂.

2.Partie 2, Moteur à explosion (9 pts)

Les voitures réalisent la combustion de l'essence et libèrent CO₂ et des oxydes d'azote (NOₓ). L'énergie chimique est convertie en énergie cinétique ; le reste est perdu sous forme de chaleur.

Diagramme de conversion d'énergie d'un moteur de voiture : entrée 1, sorties 2 et 3 — Document, Diagramme de conversion d'énergie.

Question 2

3 pts

T3.5

Affecter à chaque numéro (1, 2, 3) une forme d'énergie parmi : chimique, électrique, lumineuse, cinétique, thermique.

Question 3

6 pts

T1.2

En utilisant le document 2, proposer un protocole expérimental qui permet de mettre en évidence la production de dioxyde de carbone CO₂ obtenu lors d'une combustion. La réponse devra être accompagnée de phrases et de schémas illustrant l'expérience réalisée.

Document 2, banque de données. En haut, la liste des composés et du matériel disponibles : trois flacons étiquetés nitrate d'argent, eau de chaux et sulfate de cuivre, puis une bougie, un entonnoir en verre, un bouchon, un bécher, un cristallisoir, un tube à essais, un tuyau souple, une seringue et une pince en bois. En bas, un tableau de trois tests d'identification : l'eau avec le sulfate de cuivre anhydre qui passe du blanc au bleu, le dioxyde de carbone avec l'eau de chaux qui se trouble, les ions chlorure avec le nitrate d'argent qui donne un précipité blanc. — Document 2, Banque de données.

3.Partie 3, Formation de l'ozone (8 pts)

En ville, l'ozone O₃ est un gaz polluant. Il se forme par transformation chimique entre NO₂ et O₂ en présence de lumière :
NO₂ + O₂ → NO + O₃

Question 4a

3 pts

T1.3

Donner les compositions atomiques de O₂ et O₃.

Question 4b

5 pts

T1.2

Montrer que l'équation NO₂ + O₂ → NO + O₃ respecte la conservation des atomes.

4.Partie 4, Détection par LIDAR (5,5 pts)

Le LIDAR émet une onde électromagnétique se propageant à c = 300 000 km/s. Le signal met 3 µs pour aller jusqu'à la zone analysée et revenir.

Document 3 : un boîtier gris légendé « Émetteur / Récepteur du signal laser » envoie un « signal émis » vers un nuage marqué O₃ et légendé « zone analysée » ; une seconde flèche, le « signal retour », revient du nuage vers le boîtier. — Document 3, Principe de la détection LIDAR.

Question 5

5.5 pts

T4.1T4.3

Déterminer la distance entre le LIDAR et la zone analysée. Expliquer la démarche et donner la relation utilisée. (1 µs = 10⁻⁶ s.)

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.