Correction Dnb Chili - 2018
PHYSIQUE – CHIMIE
Durée de l’épreuve : 30 min – 25 points
Les essais et les démarches engagés, même non aboutis, seront pris en compte
L'agriculture urbaine
Le programme « urbainculteur » vise à pratiquer l’agriculture en ville.
Peu de terrains étant disponibles dans les villes, des potagers sont parfois installés sur les toits des gymnases ou des garages.
Un citadin souhaite devenir un « urbainculteur ».
Voici son projet :
• Utiliser son puits pour l’arrosage,
• Protéger les végétaux en respectant les règles d’une agriculture biologique,
• Installer le potager sur le toit plat de son garage.
1. Utiliser son puits pour l’arrosage (9 points)
Le citadin envisage d’installer une pompe pour utiliser l’eau de son puits. Il hésite entre deux dispositifs représentés ci-après.
1.1. Nommer la source d’énergie nécessaire au fonctionnement du dispositif n°2.
La source d’énergie nécessaire au fonctionnement de la pompe dans le dispositif n°2 est l’essence.
1.2. Un panneau photovoltaïque est un convertisseur d’énergie.
Nommer la forme d’énergie reçue ① et la forme d’énergie fournie ② par le panneau photovoltaïque en choisissant parmi les termes suivants : chimique, cinétique, électrique, thermique, solaire.
L’énergie reçue ① par le panneau photovoltaïque est de l’énergie lumineuse (solaire).
L’énergie fournie ② par le panneau photovoltaïque est de l’énergie électrique.
1.3. La pompe du dispositif n°2 fonctionne à l’aide d’un moteur à combustion qui nécessite une arrivée d’air puisque le dioxygène est indispensable à la combustion de l’essence.
Préciser, en le justifiant, si la combustion de l’essence est une transformation physique ou une transformation chimique.
Il y a disparition d’espèces chimiques (consommation de l’essence et du dioxygène) et apparition de nouvelles espèces chimiques (entre autres du dioxyde de carbone), c’est donc une transformation chimique.
1.4. Donner un avantage et un inconvénient pour chacun des deux dispositifs.
Dispositif 1 :
- avantage : dispositif non polluant
- inconvénient : la pompe ne fonctionne pas en l’absence de lumière (on peut pallier à ce problème en ajoutant une batterie)
Dispositif 2 :
- avantage : la pompe peut fonctionner jour et nuit
- inconvénient : le dispositif pollue, il nécessite plus d’entretien (nécéssité de remettre de l’essence régulièrement)
2. Protéger les végétaux en respectant les règles de l’agriculture biologique (7 points)
Utilisée en agriculture biologique, la solution aqueuse de bouillie bordelaise permet de lutter contre une maladie : le mildiou des tomates.
Afin d’identifier les ions présents dans cette solution, on réalise des tests.
2.1. Test avec une solution d’hydroxyde de sodium
A l’aide du document 1, nommer l’ion identifié dans la solution de bouillie bordelaise.
Il y a formation d’un précipité bleu lorsque l’on ajoute quelques gouttes de solution d’hydroxyde de sodium. D’apr_s le document 1, l’ion identifié dans la solution de bouillie bordelaise est donc l’ion cuivre II ($\mathrm{Cu^{2+}}$).
2.2. En utilisant le document 1, proposer une expérience permettant de mettre en évidence la présence d’ions sulfate dans la solution de bouillie bordelaise. Préciser l’observation attendue.
Pour identifier l’ion sulfate, on ajoute quelques gouttes de solution de chlorure de baryum dans une solution de bouillie bordelaise. L’observation d’un précipité blanc met en évidence la présence d’ion sulfate.
3. Installer le potager sur le toit plat du garage (9 points)
L’installation du potager nécessite de placer une sous-couche de gravier permettant d’évacuer l’excès d’eau et de supporter la terre végétale.
3.1. En s’aidant du document 2, montrer que 7500 kg de terre végétale sont nécessaires pour réaliser le potager avec 30 cm de terre végétale. Détailler le raisonnement.
Donnée : la masse volumique de la terre végétale est de 1 250 kg/m3.
D’après le graphique du document 2 (voir la projection en bleu ci-contre), une hauteur de terre de 30 cm représente un volume de terre de 6 m3.
La masse volumique est donnée par la relation :
$\rho=\dfrac{m}{V}$
d’où $m=\rho \times V $
avec masse volumique de la terre végétale : $\rho = 1250 \ kg/m^3$ et volume de terre $V= \ 6\ m^3$
$m=1250 \ kg/m^3 \times 6\ m^3= 7500\ kg$
7500 kg de terre végétale sont nécessaires pour réaliser le potager avec 30 cm de terre végétale
3.2. Le poids maximal que peut supporter la structure du garage est Pmax = 120 000 N.
La structure pourra-t-elle supporter le poids total de la terre végétale et de la sous-couche de gravier ? Un raisonnement et des calculs sont attendus. Toute démarche sera valorisée.
Données
- Poids de la sous-couche de gravier : Psous-couche = 35 200 N
- Intensité de pesanteur : g = 9,8 N/kg
Calcul du poids de la terre végétale
Le poids est donné par la relation : $ p = m\times g $
avec $ m = 7500 \ kg$ (masse de la terre végétale) et $ g = 9,8 N/kg$ (Intensité de la pesanteur)
$p = 7500\times 9,8 = 73500~N $
Le poids de la terre végétale est de 73500 N.
Calcul du poids total
$p_{total} = p_{terre ~ végétale}+p_{sous-couche ~ gravier} $ avec $ p_{terre ~ végétale}=75000~N$ et $p_{sous-couche ~ gravier}=35200~N $
$p_{total} = 73500+35200=108700~N$
Le poids total de la terre végétale et de la sous-couche de gravier est de 108700 N.
Le poids maximal que peut supporter la structure du garage est Pmax = 120 000 N. La structure pourra donc supporter le poids total de la terre végétale et de la sous-couche de gravier (Ptotal < Pmax ).
Manipulation d'une formule
$$\large \rho = \frac{m}{V} $$
Pour calculer $ m$ connaissant $ \rho$ et $V$, il faut isoler $ m$, c’est à dire obtenir une relation de la forme $ m =$ ….
Pour isoler $ m$, il faut « enlever » le $\large\dfrac {}{V}$, donc multiplier par $ V$ les deux membres de l’équation :
$$\large V\times{\rho} = \dfrac{m}{V}\times {V}$$ et
$$ \large V\times{\rho} = \dfrac{m}{\bcancel V}\times \bcancel V$$
Après simplification :
$$\large V \times {\rho} = m $$
soit : $$ \large m = \rho \times {V} $$
Pour isoler $ V$, il faut « enlever » le $\rho \times {}$, donc diviser par $ \rho$ les deux membres de l’équation :
$$\large \frac{m}{\rho} = \frac{\rho \times V}{\rho} $$ $$\large \frac{m}{\rho} = \frac{\bcancel {\rho}\times V }{\bcancel{\rho}} $$
après simplification :
$$\large \dfrac{m}{\rho} = V $$
soit $$\large V = \dfrac{m}{\rho} $$
On obtient les trois relations suivantes : $\large \rho = \dfrac{m}{V} $ ; $\large m = \rho \times {V} $ ; $\large V = \dfrac{m}{\rho} $