DNB 2022PolynésieCorrigé complet

Plongée sous-marine : bouteille d'air, SONAR, paliers de décompression

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences8 questions

Notions BO couvertes

T1.2·Transformations chimiques (combustions, équations bilan, conservation)T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T2.2·Forces et interactions (modélisation)T4.2·Son (propagation, vitesse, fréquence)T4.3·Distance par retard/écho

PDF du sujet officiel

Il est possible d'explorer les mers et les océans à condition de disposer d'un équipement particulier et de respecter des règles de sécurité.

1.Partie 1, Bouteilles d'air comprimé pour respirer (13 pts)

Pour respirer sous l'eau, un plongeur utilise une bouteille dans laquelle de l'air est comprimé.

Quatre représentations microscopiques de gaz : différents arrangements d'atomes blancs et noirs — 4 modèles microscopiques. Les ronds noirs et blancs représentent des atomes différents.

Question 1

2 pts

T1.3

Donner les noms des deux constituants majoritaires de l'air.

Question 2

3 pts

T1.3

Parmi les représentations au niveau microscopique ci-dessus, préciser celle qui correspond à la modélisation de l'air à l'état gazeux. Justifier.
Indication : les ronds noirs et les ronds blancs représentent des atomes différents.

Question 3

3 pts

T1.2

L'équation de la respiration :

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O

Montrer que les atomes d'oxygène sont bien conservés.

Question 4

5 pts

T1.2

Pour 18,0 g de glucose, il faut 19,2 g de O₂. On obtient 10,8 g d'eau et une masse m de CO₂. Déterminer m.

2.Partie 2, Détection par SONAR (6 pts)

Le SONAR émet un signal sonore de fréquence 40 kHz et mesure la durée entre l'émission et la réception du signal réfléchi par le fond.

Échelle des fréquences sonores : infrasons (< 20 Hz), audibles (20 Hz à 20 kHz), ultrasons (> 20 kHz) — Domaine de fréquences sonores.

Question 5

2 pts

T4.2

Indiquer à quel domaine appartient le signal SONAR. Justifier.

Question 6

4 pts

T4.3

Illustration en coupe : un bateau en surface, et sous lui deux traits horizontaux légendés « signal émis » et « signal réfléchi », séparés par des arcs de cercle qui représentent la propagation jusqu'au fond sous-marin. — Le SONAR mesure la durée d'un aller-retour jusqu'au fond.

Un plongeur débutant a pour projet d'explorer les fonds sous-marins à un endroit donné. À l'aide d'un SONAR, il mesure la durée t d'un aller-retour et obtient t = 0,040 s. Sachant qu'un plongeur débutant n'est pas autorisé à plonger à plus de 20 m de profondeur, déterminer si cette plongée est autorisée ou non.
Donnée : vitesse des ultrasons dans l'eau, v = 1500 m/s.

3.Partie 3, Paliers de décompression (6 pts)

Un plongeur immergé est soumis à deux forces : son poids P (vers le bas) et la poussée d'Archimède Π (vers le haut). Lors d'un palier, P et Π doivent avoir la même valeur (équilibre).

Graphique : poussée d'Archimède (N) en fonction du volume total du plongeur (L) — Document 2, Poussée d'Archimède sur un plongeur en fonction de son volume.

Données

m_plongeur = m₁ = 96 kg
m_plaquette = m₂ = 1 kg
g = 10 N/kg

Question 7

2 pts

T2.2

Pour un plongeur de volume total V = 100 L, lire la valeur de la poussée d'Archimède Π sur le graphique.

Question 8

4 pts

T2.2T2.3

Déterminer le nombre de plaquettes de plomb que le plongeur doit porter au palier.

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.