DNB 2024Amérique du NordCorrigé complet

Batterie de smartphone : CO₂, ions lithium, énergie, panneau solaire

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences11 questions

Notions BO couvertes

T1.2·Transformations chimiques (combustions, équations bilan, conservation)T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T1.4·pH, acides-bases, tests d'ions T3.5·Énergie électrique E=Pt (kWh, conversions)

PDF du sujet officiel

Un smartphone nécessite plus de 70 matériaux. Sa batterie contient des ions lithium. On étudie ici l'impact environnemental (CO₂, acidification), l'atome de Li, et le coût énergétique de la recharge.

1.Partie 1, CO₂ et acidification des océans (6 pts)

Schéma des différentes parties d'un smartphone et des éléments présents dans la batterie — Composition d'un smartphone et de sa batterie.

Question 1a

3 pts

T1.2

Choisir l'équation ajustée qui modélise la dissolution du CO₂ dans l'eau :

A : CO₂ + H₂O → 2 H⁺ + CO₃²⁻
B : 2 H⁺ + CO₃²⁻ → CO₂ + H₂O
C : CO₂ + H₂O → H⁺ + CO₃²⁻

Question 1b

1 pt

T1.4

Nommer le matériel permettant de mesurer le pH par 2 méthodes différentes.

Question 1c

2 pts

T1.4

Expliquer pourquoi la dissolution du CO₂ acidifie les océans.

2.Partie 2, Empreinte carbone (2 pts)

L'empreinte carbone d'un smartphone est liée à la quantité de gaz à effet de serre émise lors de sa production, de son transport, de son utilisation et de son recyclage. Elle se mesure en « kilogramme équivalent CO₂ », dont le symbole est kg éq CO₂.

Diagramme circulaire de l'empreinte carbone d'un smartphone, 50 kg éq CO₂ au total : production 83 %, utilisation 14 %, transport 2 %, fin de vie 1 %. — Empreinte carbone d'un smartphone.

Question 2

2 pts

T3.5

Proposer deux solutions qu'un utilisateur pourrait mettre en œuvre pour réduire l'impact carbone de son smartphone.

3.Partie 3, L'atome de lithium et son ion (7 pts)

Représentation d'un atome : noyau (protons + neutrons) entouré d'électrons — Représentation d'un atome.

Question 3a

1 pt

T1.3

Donner le symbole de l'élément lithium.

Question 3b

2 pts

T1.3

Nombre de protons dans le noyau du lithium.

Question 3c

2 pts

T1.3

Nombre d'électrons dans un atome de Li. Justifier.

Question 3d

2 pts

T1.3

L'ion lithium provient d'un atome qui a perdu 1 électron. Formule de l'ion ?

4.Partie 4, Recharger la batterie (7 pts)

Diagramme énergétique d'un vélo générateur : énergie 1 → vélo+dynamo → énergie 2 — Diagramme énergétique du vélo générateur.

Question 4

3 pts

T3.5

Affecter à chaque numéro du diagramme du vélo une forme d'énergie.

Question 5

4 pts

T3.5

Chargeur rapide P = 50 W, durée 30 min. Calculer l'énergie nécessaire en Wh.

5.Partie 5, Panneau solaire familial (3 pts)

Données

Surface courante d'un panneau : 2 m²
Production : 400 kWh/an (pour 2 m²)
Famille : 4 personnes × 1 recharge/jour

Question 6

3 pts

T3.5

Surface de panneau nécessaire pour cette famille ? Commenter.

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.