PHYSIQUE - CHIMIE       AMÉRIQUE DU SUD       JUIN 1999      SÉRIE L

L’usage de la calculatrice est autorisé

Vous devez répondre à 4 questions sur les 6 posées.

Vous choisissez les questions que vous traitez, et donc celles qui seront corrigées.

Si vous modifiez votre choix, ou si vous traitez trop de questions, rayez impérativement de façon claire la (ou les) question(s) que vous abandonnez. Sinon, le correcteur ne corrigera que le nombre de questions prévu, dans l’ordre, et abandonnera les suivantes, quelles que soit leur valeur.

Notation: chacune des questions est notée sur 5 points entiers.

Document : Le G.P.L. est un carburant propre et économique

À l’heure où les normes antipollution deviennent de plus en plus rigoureuses, le carburant GPL (Gaz de Pétrole Liquéfié) peut constituer l’une des solutions contre la pollution dans les centres urbains.

Le GPL est un mélange d’hydrocarbures gazeux liquéfiés: propane et butane pour la plus grande part, puis, en plus faible quantité, éthane, éthène, butène.

Les schémas ci-dessous représentent la masse de polluant émis (en gramme de polluant par kilomètre parcouru) pour différents carburants.

Question n° 1 (se rapportant au document)

a) Rappeler la définition d’un hydrocarbure.

b) Identifier dans le texte les 3 alcanes cités, préciser leur formule brute en vous aidant de la liste ci-dessous:

CH₄       C₂H₆       C₃H₈       C₄H₁₀       C₅H₁₂       C₈H₁₈       C₁₈H₃₈

c) Compléter l’affirmation suivante, en choisissant la bonne justification, parmi celles proposées:

Ces 3 alcanes sont gazeux à température ordinaire (20 0C) sous la pression atmosphérique car:

 leur température de fusion est > 20°C

 leur température d’ébullition est < 20°C

 leur température d’ébullition est > 20°C

 il y a réaction chimique

Question n° 2 (se rapportant au document)

a) Compléter et équilibrer l’équation de la combustion complète de l’alcane de formule brute C₃H₈.

b) Nommer les deux produits formés.

Quel est celui qui a un effet à long terme sur notre environnement? Quel est cet effet?

c) En vous aidant des graphes représentés dans le document:

L’affirmation: «le GPL est un carburant propre », est-elle justifiée?

Quelles sont les masses d’oxydes d’azote NOx émises au kilomètre parcouru par:

Ces carburants respectent-ils la norme européenne pour NOx ? Justifier. Conclure en complétant la phrase suivante:

Le carburant ……….. rejette……….fois plus d’oxydes d’azote que…………..   

Afin de diminuer la pollution par les gaz d’échappement, un équipement est obligatoire sur les véhicules équipés de moteurs à essence depuis le 01/01/1992, lequel ?

 Question n° 3

«La Guadeloupe mise sur les énergies nouvelles» <d’après Le Monde du 5/11/1996>

"Bercé par les alizés, inondé de soleil, irrigué par 100 rivières, réchauffé par un volcan, couvert de canne à sucre, l’archipel antillais est un lieu d’exception pour produire de l’électricité à partir de ses propres ressources naturelles et réduire ainsi sa dépendance énergétique".

La centrale électrique de Bouillante, d’une puissance de 4,7 MW est alimentée en vapeur d’eau sous pression puisée à 300 m de profondeur. La vapeur actionne une turbine qui entraîne un alternateur produisant 2 % de l’électricité consommée en Guadeloupe.

a) Identifier et nommer les différentes sources d’énergies renouvelables indiquées dans le texte.

Citer deux sources d’énergie non renouvelables.

b) Indiquer sur le schéma ci-dessous la transformation énergétique effectuée par l’alternateur.                              

- A l’aide des indications du texte, calculer la puissance électrique consommée en Guadeloupe.

Détailler le calcul.

- La plupart des centrales nucléaires REP (Réacteur à Eau Pressurisée) installées en France ont une puissance de 900 MW par tranche. L’eau pressurisée sert de fluide caloporteur. Expliquer ce dernier terme. Une centrale nucléaire serait-elle utilisée à pleine puissance en Guadeloupe?

Donner un autre argument justifiant l’absence de centrale nucléaire dans ce département

Question n° 4

Afin de souscrire un abonnement correspondant à ses besoins, un usager cherche à évaluer sa consommation en énergie électrique.

Il possède dans son appartement les appareils électriques suivants :

8 lampes de 75 W chacune          1 aspirateur de 1400 W

1 lampe halogène de 500 W         1 sèche-cheveux de 800 W

1 cuisinière four de 2500 W       1 fer à repasser de 1200 W

1 réfrigérateur de 200 W          1 télévision de 70 W

1 lave-vaisselle de 2500 W        1 chaîne hi-fi de 200 W

1 lave-linge de 2400 W

EDF lui propose un abonnement pour une puissance maximum de 3 kW, de 6 kW ou de 9 kW

a) Entourer les unités d’énergie dans la liste ci-dessous et écrire en toutes lettres le nom de ces unités.

b) L’usager veut pouvoir faire fonctionner simultanément à pleine puisssance le lave-linge, le lave-vaisselle, la cuisinière.

Quel abonnement lui conseillez-vous de souscrire ? Justifier votre réponse à l’aide d’un calcul.

c) L’énergie moyenne consommée par le réfrigérateur est de 1 kWh par jour. Pendant combien de temps fonctionne-t-il dans la journée? Donner le résultat en heure.

(On rappelle que la puissance électrique consommée P est égale au quotient de l’énergie E_él par le temps t.)

d) Qu’est-ce que l’effet Joule? Dans la liste précédente, quels sont les appareils pour lesquels l’effet Joule est mis à profit?

Question n° 5

Le Mauritius, navire marchand hollandais de la Compagnie des Indes a sombré en 1609 dans l’océan Atlantique, au large du Gabon. L’épave a été découverte en 1985. Un patient travail de restauration a alors com-mencé.

Toutes les pièces métalliques, notamment les canons d’artillerie étaient gorgés d’ions chlorure Cl^-, très fragilisants pour le métal exposé à l’air. Un traitement électrolytique de plusieurs mois a permis de les restaurer.

a) D’où viennent les ions chlorure imprégnant le métal?

b) Compléter le schéma de principe de l’électrolyse, en indiquant:

- les bornes + et — du générateur;

- le nom de chaque électrode;

- le sens de déplacement des ions chlorure;

- le sens conventionnel du courant.

c) Compléter les phrases suivantes:

L’électrolyse est une transformation d’énergie…….......... en énergie…….......…. La transformation inverse a lieu, par exemple, dans les………………..

Question n° 6

Il naît une nouvelle étoile tous les 1000 ans. Cette «naissance» commence par une contraction du gaz interstellaire constitué essentiellement d’hydrogène; ensuite se produisent les premières réactions nucléaires. a) Quel type de réaction se produit-il dans les étoiles? (Entourer la bonne réponse.)

Fission          Combustion          Fusion

b) Les réactions nucléaires, à l’origine de l’énergie solaire, ont pour bilan l’équation suivante:

- Rappeler les lois de conservation utilisées pour équilibrer cette équation.

- En déduire les valeurs de Z et A.

c) Chaque seconde, le soleil évacue dans l’univers une énergie de 3,6 . 10²⁶ J.

- Sous quelle forme cette énergie est-elle évacuée?

- Rappeler la célèbre relation d’équivalence masse-énergie proposée par Einstein, en précisant la signification et l’unité de chaque terme.

- Calculer alors la masse perdue par le soleil à chaque seconde (c= 3.10⁸ m/s)

d) Dans la liste ci-dessous, identifier (en l’entourant) le convertisseur d’énergie solaire en énergie électrique:

lampe à incandescence; moteur électrique; éolienne; cellule photo-voltaïque; alternateur.