Corrigé Brevet Sujet brevet - Sciences 2025 - Centres étrangers Asie - Corrigé

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PHYSIQUE-CHIMIE (25 points – 30 minutes)

Il est indiqué que les appareils électriques à bord du voilier « fonctionnent indépendamment les uns des autres ». Pour cela, ils doivent être branchés en dérivation, ce qui permet à chaque appareil de fonctionner, même si d’autres sont éteints ou en panne. C’est l’avantage du branchement en dérivation sur le branchement en série.

L’oxydation est favorisée par l’humidité dans l’air. Pour la limiter, il faut donc protéger les connexions électriques en les isolant, avec des gaines, ou de la graisse par exemple.

C’est la première équation qui décrit la réaction : $$2 \text{Cu}+\text{O}_2 \rightarrow 2 \text{CuO}$$

Premier élément de justification : Une équation de réaction chimique doit être équilibrée, c’est-à-dire qu’il y a les mêmes atomes en même nombre dans les réactifs et les produits.
La première et la dernière réaction ont deux atomes de cuivre $\text{Cu}$ et deux atomes d’oxygène $\text{O}$ de chaque côté. Les autres ne sont pas équilibrées.

Deuxième élément de justification : L’oxydation du cuivre devrait avoir le cuivre $\text{Cu}$ et le dixoygène $\text{O}_2$ dans ses réactifs, et l’oxyde de cuivre $\text{CuO}$ dans ses produits. C’est le cas des trois premières réactions chimiques.

L’ion cuivre (II) est l’atome de cuivre qui a perdu deux électrons. Les électrons sont des charges négatives, cet ion est donc chargé positivement. Sa formule est $\text{Cu}^{2+}$.

On connaît la formule qui relie la puissance d’un appareil électrique (notée $P$ et exprimée en watt), la tension (notée $U$ et exprimée en volt) et l’intensité du courant (notée $I$ et exprimée en ampère) : $$P = U \times I$$

On peut donc calculer l’intensité : $$\begin{aligned} I &= \dfrac{U}{P} \\ I &= \dfrac{6\ \text{W}}{12\ \text{V}} \\ I &= 0,5\ \text{A} \end{aligned}$$

Quand cette lampe fonctionne optimalement, l’intensité du courant qui la traverse est donc bien égale à $0,5\ \text{A}$.

Une résistance joue un rôle de protection sur les autres dipôles d’un circuit, en résistant à une trop grande intensité. Une résistance électrique abaisse donc la valeur de l’intensité du courant dans un circuit en série.

On peut lire graphiquement qu’un courant d’une intensité de $0,19\ \text{A}$ correspond à une tension de $9\ \text{V}$ aux bornes de cette résistance.

La tension aux bornes du générateur est égale à $12\ \text{V}$ d’après l’énoncé. De plus, on a montré que la tension aux bornes de la résistance est égale à $9\ \text{V}$, et on considère que la tension aux bornes de l’interrupteur est nulle.

En utilisant la loi d’additivité des tensions, on peut écrire : $$\begin{aligned} U_{\text{générateur}}&=U_{\text{interrupteur}}+U_{\text{résistance}}+U_{\text{lampe}}\\ U_{\text{lampe}} &=U_{\text{générateur}} – U_{\text{interrupteur}}- U_{\text{résistance}}\\ U_{\text{lampe}} &= 12 – 0 – 9\\ U_{\text{lampe}} &= 3\ \text{V} \end{aligned}$$

Donc la tension aux bornes de la lampe du circuit est de $3\ \text{V}$. La tension nominale de la lampe étant de $12\ \text{V}$, soit quatre fois plus, dans le cas présent elle ne va éclairer que faiblement, ce qui peut poser des problèmes de sécurité à bord du voilier.

SCIENCES ET VIE DE LA TERRE (25 points – 30 minutes)

Remarque :
Aucune justification n’est demandée le jour du brevet pour le QCM.

1.1
L’Islande se trouve à cheval sur les plaques nord-américaine et eurasiatique.

1.2
Les deux plaques nord-américaine et eurasiatique s’éloignent l’une de l’autre.

1.3
Le volcan Krafla produit des coulées de lave fluide et est donc un volcan effusif.

Sur le document 2b, on observe qu’au niveau de la zone D, la vitesse des ondes sismiques est de $4\ \text{km/s}$. C’est une vitesse plutôt lente sur l’échelle indiquée, ce qui permet de dire, d’après le document 2a, qu’il s’agit d’un milieu plus chaud.
Dans les zones A, B et C, on observe des vitesses entre $5$ et $6\ \text{km/s}$. Ce sont des vitesses plus élevées qu’au niveau du forage IDDP-1, qui correspondent donc à des milieux plus froids.

La vitesse des ondes dépend de la température du milieu qu’elles traversent. Les données analysées dans la question précédente ont été obtenues à une profondeur de $2\ \text{km}$.
On a donc à $2\ \text{km}$ de profondeur une zone plus chaude au niveau du centre du volcan Krafla : cette zone correspond à une chambre magmatique.

[Exploitation du document 1, et des connaissances sur le volcanisme]
Le volcanisme arrive le plus souvent aux limites entre des plaques tectoniques. Les volcans sont des zones où la chaleur interne de la Terre s’évacue. L’Islande est située à cheval sur les plaques nord-américaine et eurasiatique. On y observe en effet du volcanisme actif tout au long de cette limite, comme celui du volcan Krafka.

[Exploitation du document 2]
Les mesures sismiques réalisées sous les volcans montrent que la vitesse des ondes diminue en-dessous, ce qui révèle des températures très élevées et donc la présence de magma. Cette source de chaleur peut être proche de la surface, ce qui facilite son exploitation.

[Exploitation du document 3 et mobilisation des connaissances sur la géothermie]
Cette chaleur permet de chauffer l’eau sous-terraine à plusieurs centaines de degrés, et cette eau se transforme en vapeur, utilisée dans les centrales géothermiques pour produire de l’électricité. Cette source de chaleur n’est même pas encore complètement exploitée à son maximum, mais elle permet de produire $64\,\%$ de l’énergie consommée en Islande.

[Conclusion]
L’Islande se situe à la frontière de deux plaques tectoniques, ce qui est lié à une forte chaleur dans le sous-sol volcanique. Cette chaleur permet de produire de l’énergie géothermique. Cette situation géologique particulière va durer dans le temps et offre un bon rendement qui pourrait même être encore amélioré, ce qui justifie le choix de l’Islande de développer cette source d’énergie.