Physique
chimie,
technologie, SVT, Brevet M�tropole 2020.
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L'automobile contribue � l’�mission de gaz
� effet de serre et de polluants
atmosph�riques. Les constructeurs tentent de r�duire son impact sur
l'environnement. La
voiture �quip�e d’une pile � hydrog�ne est une des alternatives � la
traditionnelle voiture �
essence.
La
voiture � hydrog�ne.
Une voiture � hydrog�ne ne rejette que de la vapeur d'eau. La �
pile � hydrog�ne �
incorpor�e est une pile � combustible. Celle-ci utilise, pour
fonctionner, un apport en
dihydrog�ne (le combustible) et en dioxyg�ne (le comburant). Le
dihydrog�ne se combine
avec le dioxyg�ne de l'air en produisant de l'eau. � cette
transformation est associ�e une
conversion d’�nergie chimique en �nergie thermique et �nergie
�lectrique. Un moteur
�lectrique permet alors de propulser la voiture.
Cette technologie est parfaite pour r�duire la pollution � l'�chelle
locale. Par contre, elle ne
permet pas de r�duire la pollution globale : le dihydrog�ne n'existe
pas sur Terre � l'�tat
naturel et plus de 90 % du dihydrog�ne produit sont issus de ressources
d'�nergie fossile.
Question 1 (8 points)
1a- Extraire des
informations ci-dessus un argument montrant que l’utilisation d’une
voiture fonctionnant avec une � pile � hydrog�ne � peut pr�senter un
inconv�nient d’un
point de vue environnemental.
90 % du dihydrog�ne produit sont issus de
ressources d'�nergie fossile.
Le
vaporeformage du m�thane CH4(g)
+ 2 H2O(g)
→ CO2(g)
+ 4 H2(g)
produit du dioxyde de carbone.
1b- De la m�me mani�re, montrer que
le fonctionnement d’une pile � hydrog�ne s’appuie
sur une transformation chimique.
Le dihydrog�ne
se combine
avec le dioxyg�ne de l'air en produisant de l'eau.
1c- Toujours d’apr�s ces
informations, associer sur votre copie chacun des trois num�ros
du diagramme ci-dessous � une forme d’�nergie choisie parmi les
suivantes : �nergie
�lectrique, �nergie cin�tique, �nergie thermique, �nergie nucl�aire,
�nergie potentielle,
�nergie chimique.
Question 2
(7 points).
On recueille un �chantillon du liquide produit par la pile �
hydrog�ne. Proposer un
protocole exp�rimental, sous forme de phrases et de sch�mas, permettant
de mettre en
�vidence la pr�sence d’eau dans cet �chantillon.
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 � hydrog�ne.
En pr�sence d'eau, les cristaux de sulfate de cuivre anhydre blancs,
deviennent bleus.
La majorit� des automobiles fonctionne actuellement avec des moteurs �
essence ou avec
des moteurs Diesel. Plusieurs types de polluants sont �mis par ces
v�hicules : le dioxyde
de carbone, le monoxyde de carbone, les oxydes d’azote et des
hydrocarbures imbr�l�s.
Les �missions de monoxyde de carbone d’un moteur � essence varient en
fonction de la
vitesse du v�hicule.
Question 3 (10
points)
3a- Les �missions de
monoxyde de carbone sont-elles proportionnelles � la vitesse du
v�hicule ? Justifier.
Non, la courbe ci-dessus n'est pas une droite.
3b- � l’aide
de la courbe ci-dessus, on peut montrer que l’augmentation des
�missions en
monoxyde de carbone est de 3 L/h lorsque la vitesse passe de 40 � 50
km/h. Calculer la
valeur de l’augmentation des �missions lorsque la vitesse passe de 100
� 110 km/h.
Comparer ce r�sultat � 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 � 50 km / h.
Il vaut mieux rouler � 100 km /h plut�t qu'� 110 km / h.
3c- Sur une
autoroute, un v�hicule parcourt � vitesse constante 55 km en 30 min.
�valuer
le volume de monoxyde de carbone �mis durant ce trajet.
Le v�hicule �tudi� respecte-t-il la norme Euro 5 qui limite la valeur
de l’�mission de
monoxyde de carbone � 96,8 L/h lorsque le v�hicule roule � cette
vitesse.
A 110 km /h, le v�hicule produit 70 L de dioxyde de carbone par heure
soit 35 L en 30 minutes.
La norme Euro 5 est respect�e car 70 < 96,8 L / h.
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Technologie
Afin
de r�pondre aux engagements sur le r�chauffement climatique,
des solutions naturelles et/ou techniques existent pour capter le
dioxyde de carbone (CO2) et d�polluer l’air.
L’�tude propose d’analyser et d’am�liorer le prototype d’un mur
v�g�tal pr�vu � cet effet.
Ce type de syst�me vise � �tre install�
l� o� l’implantation d’une solution naturelle n’est pas
envisageable.
Ce syst�me est �quip� de deux panneaux verticaux de mousse
internes du mur v�g�tal. Il est autonome en eau et en �nergie
�lectrique.
Question 1 (6
points).
Compl�ter les blocs internes du
mur v�g�tal. Utiliser les termes suivants :
Ventilateurs (1), Motopompe (5), Panneau solaire (6), Batterie (7).
Les
normes du mobilier urbain, imposent au concepteur du mur v�g�tal que le
ch�ssis
respecte les conditions suivantes :
- r�sister au feu, �tre incombustible ;
- ne pas produire de fum�e ou de gaz toxiques en cas d’incendie ;
- r�sister aux chocs.
Pour des exigences de d�veloppement durable, le mat�riau choisi
devra �tre recyclable.
Question 2 (7
points)
D�signer le mat�riau le mieux
adapt� pour fabriquer le ch�ssis au regard des exigences arr�t�es,
argumenter la
r�ponse.
Le duralumin, contrairement au PVC et au bois de pin non trait� :
est incombustible,
ne d�gage pas de fum�es toxiques,
poss�de une bonne r�sistance aux chocs,
a une bonne aptitude au recyclage.
Question 3 (8
points)
Afin de limiter la consommation en eau et �viter de remplir le
r�servoir entre deux p�riodes
de pluie, le constructeur souhaite optimiser la gestion de l’arrosage
de la mousse. Compl�ter le diagramme
d'activit� permettant une gestion optimis�e de l’arrosage automatique
du mur v�g�tal.
Utiliser les termes suivants :
- envoyer SMS ;
- jour ;
- arr�ter motopompe.
- point de ros�e non atteint ;
- r�servoir vide ;
- d�marrer motopompe ;
- mousse dess�ch�e ;
- attendre 120 s ;
Afin d’assurer le suivi � distance du mur v�g�tal, le constructeur a
int�gr� un syst�me de
communication permettant d’envoyer un SMS au technicien de maintenance.
Pour permettre au technicien d’identifier le mur v�g�tal concern�, le
SMS doit respecter le
protocole de communication suivant :
ALERTE MUR V�G�TAL : localisation - types d’alerte - date de l’alerte.
La localisation est d�finie par le num�ro de d�partement suivi du
num�ro du mur,
exemple :
69-04 pour le mur n�4 du d�partement du Rh�ne.
La date est donn�e sous la forme : JJ/MM (jour/mois).
Les types d’alertes sont cod�s sur cinq lettres :
RENIB = r�servoir d’eau niveau bas
HUMTF = humidit� de mousse trop faible
VENHS = ventilateur hors service
POMHS = pompe hors Service.
Question 4 (4
points).
Dans le cas d’un d�faut - r�servoir d’eau niveau bas - survenu le
12 janvier sur le mur
N�15 situ� en Gironde, compl�ter le SMS � envoyer.
Les diff�rents d�partements sont rep�r�s par les num�ros suivants :
Seine = 75, Bouches du Rh�ne = 13, Ain = 01, Gironde = 33, Is�re =
38, Nord = 59
ALERTE MUR V�G�TAL : 33-15 - RENIB -12/01.
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Les
cons�quences d'une esp�ces invasives sur la biodiversit�.
1. Donner le nom de
l'esp�ce invasive et le nom de l'esp�ce menac�e.
La tortue de Floride est l'esp�ce invasive. Elle menace la tortue
europ�enne, la cistude.
2. Citer les
�l�ments qui ont permis de classer une de ces deux esp�ces dans la
liste des esp�ces invasives en France.
L'absence de pr�dateur naturel permet � la tortue de Floride de se
reproduire et donc de prolif�rer en France.
La tortue de Floride est plus agressive.
La cistude voit son territoire et le nombre de ses proies se r�duire.
3. Comparer les
habitudes de la cistude et de la tortue de Floride.
Les deux esp�ces occupent les m�mes zones humides et s'alimentent de la
m�me mani�re.
Par contre la tortue de Floride est sexuellement mature � 5 ans ( 10 �
15 ans pour la cistude) et peut pondre jusqu'� 20 oeufs ( contre une
dizaine pour la cistude).
4. Expliquer en
quoi l'introduction de la tortue de Floride repr�sente une menace pour
les cistudes d'Europe.
Les deux esp�ces occupent les m�mes territoires et s'alimentent de la
m�me mani�re.
Mais la tortue de Floride se multiplie beaucoup plus rapidement (
maturit� sexuelle � 5 ans et jusqu'� 20 oeufs pondus) que la cistude
d'Europe.
Or deux esp�ces ne peuvent pas occuper le m�me milieu de vie
durablement. La tortue de Floride est la mieux adapt�e.
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