Physique chimie, technologie, SVT, Brevet Métropole 2020.

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L'automobile contribue à l’émission de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques. Les constructeurs tentent de réduire son impact sur l'environnement. La voiture équipée d’une pile à hydrogène est une des alternatives à la traditionnelle voiture à essence.
La voiture à hydrogène.
 Une voiture à hydrogène ne rejette que de la vapeur d'eau. La « pile à hydrogène » incorporée est une pile à combustible. Celle-ci utilise, pour fonctionner, un apport en dihydrogène (le combustible) et en dioxygène (le comburant). Le dihydrogène se combine avec le dioxygène de l'air en produisant de l'eau. À cette transformation est associée une conversion d’énergie chimique en énergie thermique et énergie électrique. Un moteur électrique permet alors de propulser la voiture. Cette technologie est parfaite pour réduire la pollution à l'échelle locale. Par contre, elle ne permet pas de réduire la pollution globale : le dihydrogène n'existe pas sur Terre à l'état naturel et plus de 90 % du dihydrogène produit sont issus de ressources d'énergie fossile.
 Question 1 (8 points)
1a- Extraire des informations ci-dessus un argument montrant que l’utilisation d’une voiture fonctionnant avec une « pile à hydrogène » peut présenter un inconvénient d’un point de vue environnemental.
90 % du dihydrogène produit sont issus de ressources d'énergie fossile.
Le vaporeformage du méthane CH4(g) + 2 H2O(g) → CO2(g) + 4 H2(g) produit du dioxyde de carbone.
1b- De la même manière, montrer que le fonctionnement d’une pile à hydrogène s’appuie sur une transformation chimique.
Le dihydrogène se combine avec le dioxygène de l'air en produisant de l'eau.
 1c- Toujours d’après ces informations, associer sur votre copie chacun des trois numéros du diagramme ci-dessous à une forme d’énergie choisie parmi les suivantes : énergie électrique, énergie cinétique, énergie thermique, énergie nucléaire, énergie potentielle, énergie chimique.


Question 2 (7 points).
 On recueille un échantillon du liquide produit par la pile à hydrogène. Proposer un protocole expérimental, sous forme de phrases et de schémas, permettant de mettre en évidence la présence d’eau dans cet échantillon.
Dans une coupelle, placer quelques cristaux de sulfate de cuivre anhydre.
A l'aide d'une pipette pasteur, ajouter quelques gouutes de liquide produit par la pile à hydrogène.
En présence d'eau, les cristaux de sulfate de cuivre anhydre blancs, deviennent bleus.

La majorité des automobiles fonctionne actuellement avec des moteurs à essence ou avec des moteurs Diesel. Plusieurs types de polluants sont émis par ces véhicules : le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, les oxydes d’azote et des hydrocarbures imbrûlés. Les émissions de monoxyde de carbone d’un moteur à essence varient en fonction de la vitesse du véhicule.

Question 3 (10 points)
 3a- Les émissions de monoxyde de carbone sont-elles proportionnelles à la vitesse du véhicule ? Justifier.
Non, la courbe ci-dessus n'est pas une droite.
 3b- À l’aide de la courbe ci-dessus, on peut montrer que l’augmentation des émissions en monoxyde de carbone est de 3 L/h lorsque la vitesse passe de 40 à 50 km/h. Calculer la valeur de l’augmentation des émissions lorsque la vitesse passe de 100 à 110 km/h. Comparer ce résultat à la valeur de 3 L/h. Conclure.
Le graphe indique :70-47=23 L / h
Soit environ 8 fois plus que lorsque la vitesse passe de 40 à 50 km / h.
Il vaut mieux rouler à 100 km /h plutôt qu'à 110 km / h.
3c- Sur une autoroute, un véhicule parcourt à vitesse constante 55 km en 30 min. Évaluer le volume de monoxyde de carbone émis durant ce trajet. Le véhicule étudié respecte-t-il la norme Euro 5 qui limite la valeur de l’émission de monoxyde de carbone à 96,8 L/h lorsque le véhicule roule à cette vitesse.
A 110 km /h, le véhicule produit 70 L de dioxyde de carbone par heure soit 35 L en 30 minutes.
La norme Euro 5 est respectée car 70 < 96,8 L / h.

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Technologie
Afin de répondre aux engagements sur le réchauffement climatique, des solutions naturelles et/ou techniques existent pour capter le dioxyde de carbone (CO2) et dépolluer l’air. L’étude propose d’analyser et d’améliorer le prototype d’un mur végétal prévu à cet effet.
Ce type de système vise à être installé là où l’implantation d’une solution naturelle n’est pas envisageable. Ce système est équipé de deux panneaux verticaux de mousse internes du mur végétal. Il est autonome en eau et en énergie électrique.
Question 1 (6 points).
 Compléter les blocs internes du mur végétal. Utiliser les termes suivants :  Ventilateurs (1), Motopompe (5), Panneau solaire (6), Batterie (7).


Les normes du mobilier urbain, imposent au concepteur du mur végétal que le châssis respecte les conditions suivantes :
 - résister au feu, être incombustible ;
 - ne pas produire de fumée ou de gaz toxiques en cas d’incendie ;
- résister aux chocs.
 Pour des exigences de développement durable, le matériau choisi devra être recyclable.
Question 2 (7 points)
Désigner le matériau le mieux adapté pour fabriquer le châssis au regard des exigences arrêtées, argumenter la réponse.
Le duralumin, contrairement au PVC et au bois de pin non traité :
 est incombustible,
ne dégage pas de fumées toxiques,
possède une bonne résistance aux chocs,
a une bonne aptitude au recyclage.

Question 3 (8 points)
 Afin de limiter la consommation en eau et éviter de remplir le réservoir entre deux périodes de pluie, le constructeur souhaite optimiser la gestion de l’arrosage de la mousse. Compléter le diagramme d'activité permettant une gestion optimisée de l’arrosage automatique du mur végétal. Utiliser les termes suivants : - envoyer SMS ; - jour ; - arrêter motopompe. - point de rosée non atteint ; - réservoir vide ; - démarrer motopompe ; - mousse desséchée ; - attendre 120 s ;

Afin d’assurer le suivi à distance du mur végétal, le constructeur a intégré un système de communication permettant d’envoyer un SMS au technicien de maintenance. Pour permettre au technicien d’identifier le mur végétal concerné, le SMS doit respecter le protocole de communication suivant :
 ALERTE MUR VÉGÉTAL : localisation - types d’alerte - date de l’alerte.
 La localisation est définie par le numéro de département suivi du numéro du mur, exemple :  69-04 pour le mur n°4 du département du Rhône.
La date est donnée sous la forme : JJ/MM (jour/mois).
 Les types d’alertes sont codés sur cinq lettres :  RENIB = réservoir d’eau niveau bas  HUMTF = humidité de mousse trop faible  VENHS = ventilateur hors service  POMHS = pompe hors Service.
Question 4 (4 points).
 Dans le cas d’un défaut - réservoir d’eau niveau bas - survenu le 12 janvier sur le mur N°15 situé en Gironde, compléter le SMS à envoyer. Les différents départements sont repérés par les numéros suivants :  Seine = 75, Bouches du Rhône = 13, Ain = 01, Gironde = 33, Isère = 38, Nord = 59
ALERTE MUR VÉGÉTAL : 33-15 - RENIB -12/01.

Les conséquences d'une espèces invasives sur la biodiversité.
1. Donner le nom de l'espèce invasive et le nom de l'espèce menacée.
La tortue de Floride est l'espèce invasive. Elle menace la tortue européenne, la cistude.
2. Citer les éléments qui ont permis de classer une de ces deux espèces dans la liste des espèces invasives en France.
L'absence de prédateur naturel permet à la tortue de Floride de se reproduire et donc de proliférer en France.
La tortue de Floride est plus agressive.
La cistude voit son territoire et le nombre de ses proies se réduire.
3. Comparer les habitudes de la cistude et de la tortue de Floride.
Les deux espèces occupent les mêmes zones humides et s'alimentent de la même manière.
Par contre la tortue de Floride est sexuellement mature à 5 ans ( 10 à 15 ans pour la cistude) et peut pondre jusqu'à 20 oeufs ( contre une dizaine pour la cistude).
4. Expliquer en quoi l'introduction de la tortue de Floride représente une menace pour les cistudes d'Europe.
Les deux espèces occupent les mêmes territoires et s'alimentent de la même manière.
Mais la tortue de Floride se multiplie beaucoup plus rapidement  ( maturité sexuelle à 5 ans et jusqu'à 20 oeufs pondus) que la cistude d'Europe.
Or deux espèces ne peuvent pas occuper le même milieu de vie durablement. La tortue de Floride  est la mieux adaptée.



  

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