Sujet de métropole, juin 2023

Énoncé

« Globalement, le niveau marin moyen⁽¹⁾ a augmenté d'environ 15 cm entre 1900 et 2000, puis cette hausse s'est accélérée. La dilatation thermique⁽²⁾ de l'eau de mer, conséquence du réchauffement de l'océan, explique environ la moitié de la hausse, l'autre moitié étant due à la fonte des glaciers continentaux.Sous l'effet de l'augmentation globale du niveau marin, de plus en plus de zones côtières sont exposées aux inondations. En l'absence d'efforts d'adaptation, la fréquence de ces inondations augmentera, ce qui pourrait générer des infiltrations d'eau de mer dans les eaux souterraines, détériorant ainsi la qualité de l'eau et entraînant potentiellement des problèmes de santé et une destruction des récoltes. »

D'après Océan et Cryosphère – OCE

Citer deux conséquences de l'augmentation du niveau marin moyen.

Pour ce type de question, il est nécessaire d'aller relire l'introduction du sujet qui présente la thématique abordée. « Citer » sous-entend que les éléments de réponse sont écrits dans le document.

L'eau de mer contient, au moins en petites quantités, de nombreux éléments chimiques. Parmi ceux-ci, le sodium est présent sous forme d'ion dans le chlorure de sodium. On donne ci-dessous un extrait de la classification périodique des éléments chimiques qui les regroupe par ordre croissant de numéro atomique (nombre de protons dans le noyau de l'élément considéré).

**Extrait de la classification périodique des éléments**

2. a.

Donner le symbole de l'élément sodium.

Pour ce type de question, il faut se référer à l'extrait de la classification périodique des éléments où sont écrits les symboles des atomes. (La notation symbolique fait apparaître le symbole : lettre(s) écrite(s) à droite)

2. b.

Donner le nombre de protons contenus dans le noyau d'un atome de sodium.

Pour ce type de question, il faut faire appel aux connaissances du cours et aux données du tableau de la classification périodique.

2. c.

Indiquer le nombre de neutrons contenus dans le noyau d'un atome de sodium. Expliquer la démarche.

Pour ce type de question, il faut faire appel aux connaissances du cours et aux données du sodium de la question 2. a.

Mise en évidence expérimentale de la dilatation thermique de l'eau

De l'eau, initialement placée dans un réfrigérateur à une température de 5 °C, est mise dans un ballon surmonté d'un bouchon, d'un thermomètre et d'un tube en verre. Le niveau de l'eau dans le tube est indiqué sur le schéma ci-contre.
Le dispositif est placé sur une balance pendant plusieurs heures, dans une pièce à la température de 25 °C. La masse de l'ensemble reste constante.

Graphique de l'évolution de la masse volumique de l'eau en fonction de la température
D'après https://webphysique.fr/masse-volumique-eau/

3. a.

Indiquer, à l'aide du graphique, la valeur de la masse volumique de l'eau à la température initiale de 5 °C.

Pour ce type de question, il faut utiliser le graphique donné dans le sujet, qui représente l'évolution de la masse volumique en fonction de la température, et voir que l'axe des ordonnées correspond à la masse volumique (valeur demandée dans la question) et que l'axe des abscisses est celui de la température (axe sur lequel on va repérer la valeur de 5 °C).

3. b.

À partir du graphique, expliquer sans calcul pourquoi le niveau de l'eau dans le tube de l'expérience monte lorsque la température de l'eau augmente. Détailler précisément le raisonnement.

Pour ce type de question, il faut lier « l'évolution de la masse volumique » (graphique) à la formule vue en cours qui permet de calculer celle-ci.

Mission Sentinel-6A

« Depuis 1992, des satellites permettent de déterminer avec précision le niveau marin ; ils évoluent sur une orbite à une altitude de 1 336 km. Afin d'assurer la continuité de ces observations, capitales dans le contexte du réchauffement climatique, un nouveau satellite, Sentinel-6A, a été lancé fin 2020. Il embarque le radar altimètre Poseidon-4. »

D'après CNES, Sentinel-6

**Principe de l'altimétrie radar par satellite**

« Afin de déterminer le niveau marin, le satellite mesure la distance altimétrique, c'est-à-dire la distance entre le satellite et la surface de la mer. Un radar, embarqué sur le satellite, émet verticalement des ondes radio, sous forme de signaux de très courte durée. Ces signaux, qui se propagent à la vitesse de 300 000 km/s, se réfléchissent sur la surface de la mer, reviennent jusqu'au satellite et sont détectés par l'antenne du radar. La durée mise par un signal radio pour faire l'aller-retour permet de déterminer la distance altimétrique. »

D'après Planète Terre, ENS Lyon

Déterminer la valeur de la distance altimétrique mesurée par le satellite Sentinel-6A lorsque le signal met 8,9 ms (soit 0,0089 s) pour effectuer l'aller-retour entre le satellite et la surface de la mer. Expliquer la démarche. Préciser la relation utilisée et commenter le résultat obtenu. Toute démarche, même partielle, sera prise en compte.

Pour ce type de question, il faut faire appel à la formule de la vitesse (vue en cours) et bien comprendre le principe de la mesure (l'onde parcourt un aller-retour). Attention aux unités à employer dans le calcul de la distance.

(1)Niveau marin moyen : hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence.

(2)Dilatation thermique : augmentation du volume sous l'effet d'une augmentation de la température.

Corrigé

1. Les deux conséquences de l'augmentation du niveau marin sont :

qu'il y a de plus en plus de zones côtières exposées aux inondations ;
qu'il y a des infiltrations d'eau de mer dans les eaux souterraines.

2. a. Le symbole de l'élément sodium est Na.

2. b. Par définition, le numéro atomique d'un atome correspond à son nombre de protons. Le noyau de l'atome de sodium contient 11 protons, car il a pour numéro atomique 11 (nombre en bas à gauche).

2. c.

Par définition, le nombre de nucléons A est égal à la somme du nombre de protons (Z) et du nombre de neutrons (N).
On a donc la relation A = N + Z. D'après l'extrait de la classification, on sait que le noyau de l'atome de sodium contient 23 nucléons (nombre en haut à gauche), c'est-à-dire de 23 protons et neutrons. Comme le noyau possède 11 protons (cf. question 2. b.), il doit donc contenir un nombre de neutrons N = A − Z = 23 − 11 = 12 neutrons. Le noyau de l'atome de sodium contient 12 neutrons.

3. a.

Se placer sur la valeur de 5 °C sur le graphique (axe des abscisses en bas qui correspond au paramètre variable, ici la température). À cette valeur correspond une valeur sur l'axe des ordonnées (paramètre mesuré, ici la masse volumique) qui est le point d'intersection (cf. schéma).
D'après le graphique, on peut lire que la masse volumique de l'eau à 5 °C vaut 999,9 kg/m³.

3. b.

D'après le graphique, on voit que quand la température de l'eau augmente, la masse volumique de l'eau diminue (fonction décroissante). Or, d'après le cours, on sait que la masse volumique se calcule par la formule :
$\rho\: = \: \frac{m}{V}$
avec :
ρ = masse volumique de l'eau en kilogrammes par mètre cube (kg/m³)
m = masse de l'eau en kilogrammes (kg)
V = volume de l'eau en mètres cubes (m³)

On en déduit que puisque la masse volumique diminue alors que la masse, elle, ne varie pas (elle reste constante), le volume occupé par l'eau est de plus en plus grand (en effet, d'après la formule, on sait que ρ et V sont inversement proportionnels). Par conséquent, puisque l'eau prend de plus en plus de place, le niveau de l'eau augmente dans le tube.

Dans le document, il est annoncé que la vitesse des ondes radio est de 300 000 km/s, c'est-à-dire 300 000 000 m/s (conversion nécessaire pour le calcul).
Le signal radio met 8,9 ms, c'est-à-dire 0,0089 s (conversion donnée dans le document), à parcourir la distance aller-retour entre le satellite et la surface de l'eau. Pour calculer une vitesse, il faut utiliser la formule :
$V= \frac{d}{t}$
Avec :
v = vitesse de déplacement en mètres par seconde (m/s)
d = distance parcourue en mètres (m)
t = temps de parcours en secondes (s)

On en déduit que pour calculer une distance, on utilise la formule (nécessité de transposer) :
d = v × t = 300 000 000 × 0,0089 = 2 670 000 m, soit 2 670 km.
Ici, la distance parcourue correspond à un aller-retour, c'est-à-dire à 2 fois la distance altimétrique (cf. schéma), donc la distance altimétrique vaut la moitié de la distance parcourue.La distance altimétrique (distance entre le satellite et la surface de l'eau) est de 2 670/2 = 1 335 km.
Or, il est dit que les satellites évoluent sur une orbite à une altitude de 1 336 km. Le résultat obtenu est donc proche de l'altitude des satellites.

Sujet de métropole, juin 2023

Énoncé

Citer deux conséquences de l'augmentation du niveau marin moyen.

Donner le symbole de l'élément sodium.

Donner le nombre de protons contenus dans le noyau d'un atome de sodium.

Indiquer le nombre de neutrons contenus dans le noyau d'un atome de sodium. Expliquer la démarche.

Mission Sentinel-6A

Annexes

Corrigé