*/-+Épreuve commune de contrôle continu
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 01810581
Durée : 2h
L’épreuve comporte deux exercices notés chacun sur 10 points.
L’usage d’une calculatrice est autorisé.
Le sujet comprend une annexe à rendre avec la copie.

Exercice 1
TEMPERATURES DE SURFACE DE QUELQUES OBJETS DU SYSTEME SOLAIRE
Le système solaire est formé d’une étoile, le Soleil, autour de laquelle des planètes, des
satellites, des astéroïdes sont en orbite. La distance entre ces objets et l’étoile a une
influence sur leur température de surface mais il semble que cela ne soit pas le seul facteur
entrant en jeu…
Document de référence : Caractéristiques de quelques objets du système solaire :
Planètes
Caractéristiques
Distance au Soleil
(106 km)
Puissance solaire
reçue par unité de
surface (W×m-2)
Importance
qualitative de l’effet
de serre
atmosphérique
Albédo**

Mercure

Venus

Terre

Mars

57,91

108,21

149,6

227,94

2290

656

342

148

Pas d’effet de Effet de serre
Effet de serre
serre
atmosphérique atmosphérique
atmosphérique très marqué
modéré
0,07

Effet de serre
atmosphérique
faible

0,7

0,3
0,15
La Lune :
Phobos :
Satellites
Aucun
Aucun
Pas d’atmosphère Pas d’atmosphère
Albédo : 0,07
Albédo : 0,07
** L'albédo du système Terre-atmosphère est la fraction de l'énergie solaire qui est réfléchie
vers l'espace. Sa valeur est comprise entre 0 et 1. Plus une surface est réfléchissante, plus
son albédo est élevé. Les éléments qui contribuent le plus à l'albédo de la Terre sont les
nuages, les surfaces de neige et de glace et les aérosols. Par exemple, l'albédo de la neige
fraîche est de 0,87, ce qui signifie que 87 % de l'énergie solaire est réfléchie par ce type de
neige.
D’après : Géosciences La dynamique du système Terre de Christian Robert et Romain Bousquet,
https://www.actu-environnement.com et https://www.futura-sciences.com

Partie 1 : Des données expérimentales à un modèle mathématique possible.
Document 1 : Montage expérimental permettant de mesurer la puissance lumineuse reçue par
un récepteur en fonction de la distance à la source lumineuse.
On dispose d’une lampe et d’un
capteur, le luxmètre*, permettant de
mesurer l’éclairement lumineux reçu.
L’expérimentateur réalise une série de
mesures en éloignant progressivement
le luxmètre de la lampe. On présente
ces mesures dans le tableau cidessous.
Tableau des mesures réalisées :
Distance par rapport à
la lampe (en mètres)
Éclairement lumineux
reçu (en lux**)

0,2

0,3

0,4

0,5
0,7

0,8

0,9

1

10 800

53 00

3 100

1 800

1 000

700

500

400

D’après : https://www.pierron.fr/news/fiches-tp-svt-2nd.html

* Luxmètre : Appareil de mesure de l'éclairement lumineux comportant une cellule
photosensible.
** Lux (ou lx) : unité de mesure de l'éclairement lumineux (puissance lumineuse reçue par unité
de surface).
1- Le graphique de l’annexe 1 (à rendre avec la copie) permet de représenter les variations
de l’éclairement lumineux reçu par le capteur en fonction de la distance à la source
d’énergie, Reporter sur ce graphique les points expérimentaux obtenus dans le document 1.
2- A partir de l’allure du nuage de points obtenu à la question 1, un tableur permet de
proposer une modélisation mathématique par une fonction. Cette fonction, notée f, est
définie par :
432
f(d) = )
d
où d représente la distance à la lampe (en mètre) et f(d) l’éclairement lumineux reçu (en lux).
2-a- En utilisant cette modélisation mathématique, compléter le tableau de valeurs donné en
annexe 2 à rendre avec la copie. On arrondira les résultats à l’unité.
2-b- Représenter la fonction f dans le repère donné en annexe 1.
2-c- Cette modélisation mathématique semble-t-elle pertinente pour caractériser la relation
entre l’éclairement lumineux reçu par le capteur et la distance à la source lumineuse ?
Justifier.

3- On admet que la loi illustrée expérimentalement dans le document 1 est générale : la
puissance lumineuse par unité de surface reçue par un objet est inversement proportionnelle
au carré de la distance qui le sépare de la source lumineuse. En s’appuyant sur le document
de référence, choisir, parmi les affirmations suivantes, celle qui est correcte. L’écrire sur la
copie et justifier la réponse donnée
L’éclairement lumineux provenant du Soleil et reçu sur Venus est environ
a) deux fois plus grand que celui reçu sur Mercure
b) quatre fois plus grand que celui reçu sur Terre
c) deux fois plus petit que celui reçu sur Terre
d) quatre fois plus petit que celui reçu sur Mercure
Partie 2 : Confrontation du modèle mathématique à la réalité.
Dans cette partie, on admet que la puissance reçue par unité de surface par les objets du
système solaire est inversement proportionnelle au carré de leur distance au soleil, d’une
façon analogue à l’étude menée en partie 1. Moyennant certaines hypothèses, on peut en
déduire une loi de variation de la température moyenne des planètes en fonction de leur
distance au soleil (voir le document 2)

Document 2 : Températures de surface de quelques objets proches du Soleil.
Le graphique ci-dessous précise :
- Les températures moyennes effectivement mesurées à la surface de différentes
planètes en fonction de leur distance au soleil (points gris).
- L’évolution modélisée de la température moyenne d’un objet en fonction de la
distance au soleil (courbe continue)

ua : Unité astronomique
(1 ua » 150 x 106 km)

D’après : Collection in vivo, SVT 2de 2004, Magnard

4- Quels sont les objets considérés dans le document 2 pour lesquels la loi modélisant
l’évolution de la température des planètes en fonction de leur distance au Soleil est bien
vérifiée ? Quelles propriétés ces objets ont-ils en commun ?
5- A partir de vos connaissances, expliquer qualitativement l’influence de l’albedo et de l’effet
de serre sur la température terrestre moyenne.
6- Proposer une explication du fait que la température de Vénus est anormalement élevée
par rapport aux autres objets considérés.

Exercice 2
GAMME TEMPÉRÉE ET GAMME DE PYTHAGORE
Il y a eu dans l’histoire de nombreuses constructions de gammes pour ordonner les notes à
l’intérieur d’une octave. Cet exercice étudie deux types de gammes à douze notes : la
gamme tempérée et la gamme de Pythagore
L’octave peut être divisée en douze intervalles en formant douze notes de base (Do, Do#,
Ré, Mib, Mi, Fa, Fa#, Sol, Sol#, La, Sib, Si). La gamme fréquemment utilisée de nos jours est
la gamme tempérée, dans laquelle le rapport de fréquences entre deux notes consécutives
est constant.
1- Préciser la valeur du rapport des fréquences de deux notes séparées d’une octave.
2- Expliquer pourquoi la valeur exacte du rapport des fréquences entre deux notes
consécutives de la gamme tempérée est 12 2 .
3- La fréquence du La3 est égale à 440 Hz. Calculer la valeur, arrondie au dixième, de la
fréquence de la note suivante (Si3b) dans la gamme tempérée.
4- Jusqu’au XVIIe siècle, la gamme la plus utilisée était la gamme de Pythagore, obtenue à
partir des quintes successives d’une note initiale. Le tableau ci-dessous donne les
fréquences des différentes notes de la gamme de Pythagore en partant de 440 Hz.

Note
Fréquenc
e (Hz)

Mi3

Fa3

Fa3#

Sol3

Sol3#

La3

Si3b

Si3

Do4

Do4#

Ré4

Ré4#

330

352,4

371,3

396,4

417,7

440

469,9

495

528,6

556,9

594,7

626,5

4-a- Calculer le rapport des fréquences des notes Si3 et Mi3 et donner le nom d’un tel
intervalle.
4-b- On considère la fonction Python freq_suivante ci-dessous qui permet de construire
la gamme de Pythagore.
def freq_suivante(f) :
f = 3/2*f
if f >= 660 :
f = f/2
return(f)
Donner les nombres renvoyés après l’exécution de freq_suivante(330)et de
freq_suivante(440).
Préciser les notes correspondantes.

Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1
TEMPERATURES DE SURFACE DE QUELQUES OBJETS DU SYSTEME SOLAIRE
Partie 1 – questions 1- et 2-b

Partie 1 – question 2-a𝑑 ( en m)

0,5

0,6
0,8
1

𝑓(𝑑) (en
lux)

10800

4700 ⋯

⋯

1728
⋯

675
⋯

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00110582

Exercice 1
DIAMANT ET KIMBERLITE
La kimberlite est une roche qui peut contenir des cristaux de diamant. Elle est issue
du refroidissement d’une lave et doit son nom à la ville de Kimberley en Afrique du
sud, où elle fut découverte pour la première fois.
Observation de la kimberlite
La kimberlite est présentée à différentes échelles sur le document réponse en
annexe.
1- Identifier les structures observées en inscrivant, parmi les propositions suivantes,
les réponses dans les cadres prévus : « cellule », « roche », « organite »,
« minéral », « modélisation à l’échelle de l’atome ».
2- Cocher la proposition juste dans le QCM du document réponse à rendre avec la
copie.
Structure cristalline du diamant
Des diamants sont souvent présents dans la kimberlite sous forme d’inclusions. Le
diamant est un minéral transparent composé de cristaux de carbone pur. Cette
« pierre précieuse » est connue pour être le minéral le plus dur qui soit.
On cherche à savoir si, dans le cas du diamant, le carbone cristallise sous une forme
cubique à face centrée.
Données :
• Rayon d’un atome de carbone : 𝑟 = 70 pm
• Masse d’un atome de carbone : m = 2,0x10-26 kg.
3- Étude d’un réseau cubique à faces centrées.
3-a Compléter le schéma de maille d’un réseau cubique à faces centrées présenté
dans le document réponse en indiquant la position des atomes.
3-b Déterminer, en le justifiant, le nombre d’atomes présents à l’intérieur d’une
maille.
Document 1. Vue d’une face du cube (réseau cubique à faces centrées)

Illustration de l’auteur

3-c Le paramètre de maille, noté a, est la longueur d’une arête du cube.
Démontrer que a = 2√2𝑟
3-d Montrer que la masse volumique 𝜌 qu’aurait le diamant s’il possédait une
structure cubique à faces centrées vérifierait approximativement la formule 𝜌 =
𝑚
0,18 × 𝑟 3 ( avec m : masse d’un atome de carbone et r : rayon d’un atome de carbone
modélisée par une sphère).
4- La masse volumique du diamant est 3,51x 103 kg.m-3. Indiquer si le diamant
possède une structure cubique à face centrée.

Recherche de la profondeur de formation du diamant
Le carbone pur est présent dans la nature sous deux formes principales : le diamant,
qui est transparent, et le graphite, qui est gris et opaque. En laboratoire, il est
possible de fabriquer artificiellement du diamant à partir du graphite en modifiant les
paramètres de pression et de température : le diamant peut être produit si la
pression est comprise entre 5 et 12 GPa
(1 GPa = 1x109 Pa).

Document 2. Pression en fonction de la profondeur sous la surface terrestre

D’après un modèle simplifié de la structure de la Terre
5- À l’aide du document 2, estimer la profondeur minimale à partir de laquelle les
diamants peuvent se former.

Exercice 2
GAMME TEMPEREE ET GUITARE CLASSIQUE

Après avoir rappelé quelques généralités sur la gamme tempérée, cet exercice
s’intéresse à l’espacement des frettes d’une guitare classique.
Partie A. Gamme tempérée
Il y a eu dans l’histoire de nombreuses méthodes de construction de gammes pour
ordonner les notes à l’intérieur d’une octave.
On peut diviser l’octave en douze intervalles à l’aide de treize notes de base (Do,
Do#, Ré, Mib, Mi, Fa, Fa#, Sol, Sol#, La, Sib, Si, Do). La gamme fréquemment utilisée
de nos jours est la gamme au tempérament égal (ou gamme tempérée), dans
laquelle le rapport de fréquences entre deux notes consécutives est constant.
1- Rappeler la valeur du rapport des fréquences de deux notes situées aux

extrémités d’une octave.
2- Expliquer pourquoi la valeur exacte du rapport des fréquences entre deux notes
12
consécutives de la gamme tempérée est √2.
3- Le tableau suivant indique les fréquences (en Hertz), arrondies au dixième, de
quelques notes de la gamme tempérée.
Note
Mi3
Fa3
Fa3#
Sol3
Sol3#
La3
Si3b
Si3
Fréquence
329,6 349,2
370,0
392,0
440,0
466,2 493,9
(Hz)
Calculer la valeur, arrondie au dixième, de la fréquence qui manque dans le tableau
ci-dessus.

Do4
523,3

Partie B. Application aux frettes de la guitare classique
En observant le manche d’une guitare classique, on remarque que les barrettes
métalliques, appelées frettes, situées sur les cordes, ne sont pas espacées
régulièrement : plus on s’approche du chevalet, plus elles sont resserrées.
Cette partie se propose d’expliquer pourquoi.

Document 1 : manche d’une guitare classique
Une guitare classique est constituée de 6 cordes. La longueur située entre le
chevalet et le sillet est la plus grande longueur de corde pouvant vibrer. On la note
𝐿0 . On suppose ici que 𝐿0 = 650 mm. Le manche de la guitare est divisé en plusieurs
cases délimitées par les frettes. Ces frettes permettent au joueur de guitare de
modifier la longueur de la corde pouvant vibrer, et par conséquent de faire varier la
fréquence du son issu de cette vibration.
On se place dans le cas simple où le joueur utilise une seule corde.

S’il joue à vide, c’est-à-dire sans pincer la corde au niveau d’une case, la corde qui
vibre, de longueur 𝐿0 , produit un son d’une fréquence 𝑓0 . Lorsqu’il pince la corde au
niveau de la case 𝑛, située juste au- dessus de la 𝑛-ième frette, la corde qui vibre, de
longueur 𝐿𝑛 , émet un son de fréquence 𝑓𝑛 .
Ces grandeurs sont reliées entre elles par la relation :
𝐿𝑛 × 𝑓𝑛 = 𝐿0 × 𝑓0
où :
- 𝑛 est le numéro de la frette, compté à partir du haut du manche (𝑛 = 0 pour une
corde jouée « à vide »).
- 𝐿𝑛 est la longueur de la corde entre le chevalet et la 𝑛-ième frette.

- 𝑓𝑛 est la fréquence de la note jouée lorsque l’on pince la corde au niveau de la case

𝑛.

4- Lorsqu’on joue à vide la corde la plus fine de la guitare, le son émis est le Mi3.

Pour obtenir un Mi4 le joueur pince cette même corde au niveau de la 12e case
(située juste au-dessus de la 12e frette), ce qui produit un son de fréquence 𝑓12 = 2 ×
𝑓0 .
4-a- Le Mi4 est-il plus aigu ou plus grave que le Mi3 ?
4-b- Parmi les réponses suivantes, indiquer celle quelle qui correspond à la longueur

𝐿12 correspondant à la fréquence 𝑓12 . Justifier la réponse.
1) 𝐿12 = 2 × 𝐿0

2) 𝐿12 =

𝐿0

2

3) 𝐿12 = 𝐿
2

0

5- Longueur de la 1re case.
12

On rappelle que la fréquence du Fa3 est égale à 𝑓1 = √2 𝑓0 . Pour obtenir un Fa3, on
pince la corde au niveau de la première case, la longueur de la corde vibrante étant
alors égale à L1.
Sachant que 𝐿1 =

𝐿0
12

, donner l’expression de la longueur de la première case en

√2

fonction de L0.
Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1
Question 1. Observation des constituants d’une kimberlite à différentes échelles

Question 2. QCM
Cocher la proposition exacte pour chacune des questions suivantes ci-dessous.
1. Lorsque les minéraux sont présents dans une pâte amorphe. Cela indique :
Un refroidissement rapide
Une forte pression
Un refroidissement lent
Une oxydation de la roche

2. La roche de kimberlite a une origine :
Sédimentaire
Volcanique
Anthropique
Biologique

Question 3a. Position des atomes dans la maille d’un réseau cubique à faces
centrées
Compléter le schéma en indiquant la position des atomes de carbone dans la maille
d’un réseau cubique à faces centrées.

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 03010612

Exercice 1
UN POISON RADIOACTIF
Un écrivain vous contacte pour achever un roman d’espionnage … suspense !
Document 1 : lettre de l’écrivain à votre attention
Bonjour, je suis Jules Servadac, écrivain de roman policier. Je vous sollicite afin de
valider quelques aspects scientifiques de mon roman.
Voici mes premières lignes :
« Pierre et Marie Curie ont découvert le polonium, juste avant le radium qui les
rendit célèbres. Le polonium-210 (210Po) est mille fois plus toxique que le plutonium,
et un million de fois plus encore que le cyanure. Sachez que dix microgrammes (µg)
sont nécessaires pour empoisonner un homme de poids moyen en quelques
semaines et que cette dose mortelle est invisible à l’œil nu. »
Dans mon roman, Tiago, agent secret de Folivie, souhaite s’en servir pour éliminer
un agent infiltré. Celui-ci dîne tous les soirs dans le même restaurant : l’agent secret
compte en profiter pour « poivrer » à sa façon son dîner.
Pour cela, Tiago doit se procurer du polonium-210. Pour des raisons logistiques, il
ne peut récupérer le polonium que 100 jours avant le dîner programmé dans un
autre pays. Or le polonium perd la moitié de sa radioactivité tous les 138 jours.
J’ai deux problèmes à vous soumettre concernant la quantité de polonium que Tiago
doit transporter :
-

Restera-t-il suffisamment de Polonium-210 radioactif à la fin de son voyage ?
La dose sera-t-elle invisible à l’œil nu ?

Document 2 : données relatives au polonium
Le polonium est un des rares éléments à cristalliser dans le réseau cubique simple.
Paramètre de maille : a = 3,359 x 10-10 m
Masse molaire du polonium : M(Po) = 209,98 g∙mol-1
Donnée complémentaire : nombre d’Avogadro NA = 6,022 x 1023 mol-1
Il est rappelé que la masse molaire d’un élément est la masse d’une mole de
quantité de matière de cet élément

Partie 1 : la radioactivité du polonium
L’objectif est ici de vérifier qu’en partant avec 20 µg de polonium-210, il restera
suffisamment de polonium radioactif à l’issue du voyage.
Document 3 : courbe de décroissance radioactive du polonium

Nombre d'atomes restants (×1016)

Courbe de décroissance d'un échantillon de
polonium 210
7
6
5
4
3
2
1
0
0

50

100

150

200

250

300

350
400

450
500

550

durée en jour

1- Déterminer en µg la masse initiale de Polonium présente dans l’échantillon utilisé
pour réaliser le graphique du document 1.
2- Jules Servadac écrit dans son roman : « Le polonium perd la moitié de sa
radioactivité tous les 138 jours ».
2-a- Définir scientifiquement la grandeur physique sur laquelle il appuie cette
affirmation, en donnant son nom.
2-b- La faire figurer sur le graphique du document réponse à rendre avec la copie en
laissant apparents les traits de construction.
3- Justifier, par la méthode de votre choix, que pour l’échantillon considéré la
quantité de polonium restant après le voyage sera suffisante pour accomplir la
mission.
Partie 2 : la structure du polonium
L’objectif est ici de vérifier que les 10 µg de polonium dont Tiago a besoin pour
empoisonner l’agent infiltré sont bien invisibles à l’œil nu.

4- À partir de vos connaissances et des informations apportées par le document 1,
répondre aux questions suivantes :
4-a- Représenter la structure cubique simple du polonium en perspective cavalière.
4-b- Dénombrer, en indiquant les calculs effectués, les atomes par maille.
5- Montrer que la masse volumique du polonium est de 9,20 x 106 g.m-3
6- Comparaison avec la taille d’un grain de poivre
6-a- Calculer le volume occupé par la masse de polonium utilisée par Tiago (10
microgrammes).
6-b- Sachant qu’un grain de poivre broyé occupe un volume d’environ 10-10 m3 et est
difficilement visible à l’œil nu, justifier que l’échantillon est invisible.

Exercice 2
ENREGISTREMENT DE FICHIERS SONORES
On s’interroge sur la pertinence d’utiliser un smartphone pour télécharger et stocker
de la musique. Pour cela, on étudie le lien entre la qualité de la numérisation d’un
signal audio et la taille des fichiers numériques correspondants.
Partie A : échantillonnage et quantification d’un signal audio
Le document 1 donné en annexe et à rendre avec la copie représente une portion de
signal enregistré et l’échantillonnage effectué avant la conversion en signal
numérique.
1- Préciser la fréquence d’échantillonnage, choisie parmi les valeurs proposées
ci-dessous :
2 000 Hz ;
12 500 Hz ;
26 000 Hz ;
44 100 Hz
2- Après l’échantillonnage du signal audio, on procède à sa quantification. On
admet que la tension quantifiée ne prend que des valeurs entières ; la valeur
quantifiée d’une tension est l’entier le plus proche de cette tension.
Sur le document 1 en annexe, à rendre avec la copie, représenter la courbe
des tensions après quantification.
3- Une plateforme de service de musique en ligne propose de la musique en
qualité « 16-Bits / 44.1 kHz ».
Expliquer ce que représentent ces deux valeurs.
4- Combien de niveaux de quantification différents peut-on obtenir lorsque le
codage s’effectue sur 16 bits ? Choisir la bonne réponse parmi les
propositions suivantes :
16

2 × 16 = 32

162 = 256

216 = 65 536

Partie B : taille d’un fichier en haute définition
Dans un studio d’enregistrement, on enregistre un morceau de musique en stéréo
haute définition en choisissant un encodage sur 24 bits et une fréquence
d’échantillonnage de 192 kHz.
5- La taille T(en bit) d’un fichier audio numérique s’exprime en fonction de la
fréquence d’échantillonnage 𝑓𝑒 (en Hertz), du nombre 𝑛 de bits utilisés pour la
quantification, de la durée Δ𝑡 de l’enregistrement et du nombre 𝑘 de voies
d’enregistrement (une en mono, deux en stéréo) selon la relation :
𝑇 = 𝑓𝑒 × 𝑛 × Δ𝑡 × 𝑘
Vérifier que l’espace de stockage nécessaire pour enregistrer en stéréo haute
définition une seconde de musique est de 1,152 Mo. On rappelle qu’un octet
est égal à 8 bits.

6- Avec 200 Mo de stockage, dispose-t-on de suffisamment d’espace pour
enregistrer cinq minutes de musique en stéréo haute définition?
7- Le dispositif d’encodage et de compression FLAC (Free Lossless Audio Codec)
permet, par compression sans perte, de réduire de 55 % la taille des fichiers.
Son taux de compression, défini comme le rapport de la taille du fichier compressé
sur la taille du fichier initial, est donc de 45%.
Avec 200 Mo de stockage, dispose-t-on de suffisamment d’espace pour
enregistrer cinq minutes de musique en stéréo haute définition compressées par
FLAC ?

Annexe à rendre avec la copie
Exercice 2- Question 2
Représentation de la tension d’un signal audio analogique en fonction du temps et
mesures après échantillonnage.

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 02610302
L’épreuve comporte deux exercices notés chacun sur 10 points.
L’usage d’une calculatrice est autorisé.

Exercice 1
L’OR : EXPLOITATION ET CONSÉQUENCES SANITAIRES
L’objectif de cet exercice est d’étudier la structure cristalline de l’or puis de
comprendre en quoi l’exploitation de l’or peut favoriser le développement de troubles
neurologiques dans les populations humaines.

Partie 1. La structure du cristal d’or
Document 1. Représentations de la maille cristalline de l’or
L’or cristallise en réseau cubique à faces centrées. Les atomes d’or sont assimilés à
des sphères rigides, tangentes entre elles, de rayon r = 144,2 pm (1 pm = 10#$% m).
Les points de tangence sont situés sur la diagonale d’une face du cube.
Ci-dessous, les points représentent la position des centres des atomes d’or dans la
maille : chaque atome au sommet du cube appartient à huit mailles et ceux au centre
de chaque face appartiennent à deux mailles.

On donne la représentation plane de la face d’une maille ci-dessous ; 𝑎 est la
longueur de l’arête de la maille et 𝑟 est le rayon d’un atome.

1- On note 𝑎 la longueur de l’arête du cube représentant une maille. Démontrer par
le calcul que 𝑎 = 407,9 pm. En déduire le volume 𝑉, d’une maille cubique en pm3.
.

2- On rappelle que le volume 𝑉 d’une sphère de rayon 𝑟 est 𝑉 = / 𝜋𝑟 / . Calculer, en
pm3, le volume 𝑉1 d’un atome d’or.
3- On définit la compacité 𝐶 d’un cristal par la relation :
𝐶=

Volume occupé par les atomes d'une maille
Volume de la maille

Calculer la compacité du cristal d’or.

Partie 2. Conséquences sanitaires de l’exploitation d’or
L’extraction de l’or nécessite d’utiliser de grandes quantités de cyanure et de
mercure. Chez les adultes, les effets d'une exposition importante au mercure se
remarquent par des symptômes affectant le système nerveux : des tremblements et
des pertes de capacités sensorielles, avec notamment la perte de coordination entre
les cellules musculaires et nerveuses, des troubles de la mémoire, et des déficiences
intellectuelles. Le mercure est considéré par l’Organisation Mondiale de la Santé
(OMS) comme l’un des dix produits chimiques ou groupes de produits chimiques
extrêmement préoccupants pour la santé publique.
Document 2. Les effets du méthyl-mercure sur les êtres-vivants
Le cyanure et le mercure, utilisés sans précaution pour l’extraction de l’or,
contaminent les sols et les nappes phréatiques à jamais. Même après la fermeture
des mines, les gravats traités au cyanure génèrent pendant des décennies des
acides sulfuriques toxiques.
Le mercure peut se transformer dans l'environnement en méthyl-mercure. Ce méthylmercure tend à s'accumuler dans les eaux et dans les espèces aquatiques. […]
Le méthyl-mercure a la capacité de provoquer une réaction chimique dégradant les
phospholipides de la membrane plasmique. Le méthyl-mercure peut pénétrer dans la
cellule à travers ces membranes et peut se fixer sur certains organites notamment
les mitochondries, et sur des protéines cytoplasmiques, dont le fonctionnement est
alors altéré. Les cellules nerveuses sont particulièrement touchées.
D’après Segall HJ, Wood J.M.(1974). Reaction of methyl mercury with plasmalogens suggests a
mechanism for neurotoxicity of metal-alkyls. Nature.248: 456-8.

Document 3. Suivi microscopique de la croissance de cellules nerveuses dans
différentes conditions (sans et avec exposition au méthyl-mercure)
La même cellule nerveuse est suivie,
dans différentes conditions
environnementales.
a – Avant exposition au méthylmercure.

b – Après une exposition de 10
minutes au méthyl-mercure.

c –Après une exposition de 40
minutes au méthyl-mercure.

.

La barre d’échelle visible en bas à droite des photographies mesure 30 µm.
La flèche noire permet de comparer un même point sur chaque image.
(D’après Retrograde degeneration of neurite […] in vitro exposure to mercury - Christopher C. W.
Leong et al. – NeuroReport – Decembre 2000)

4- À partir de l’exploitation des documents et de vos connaissances, expliquer
l’origine cellulaire des symptômes présentés par les individus fortement exposés au
mercure. Une réponse argumentée structurée est attendue. Elle ne doit pas excéder
une page.

Exercice 2
LA PHOTOSYNTHÈSE POUR RECHARGER NOS BATTERIES
Il est possible de produire de l’électricité en installant des électrodes
dans un sol gorgé d'eau où poussent des plantes telles que le riz. Cette
technologie permet de convertir l’énergie chimique issue de la
photosynthèse en énergie électrique. Le rendement de ce dispositif
reste pour le moment faible mais cela pourrait à terme transformer les
rizières en unités de production électrique.
On cherche ici à déterminer si cette technologie peut réellement
constituer une solution d’avenir.
Les deux parties peuvent être traitées indépendamment.

Partie 1. La photosynthèse et ses caractéristiques
On cherche à identifier les conditions de la synthèse d’amidon par les feuilles.
◄ Expérience :
Sur un pied de géranium
panaché*,
une
partie
de
quelques feuilles est masquée
par du papier noir et est
vivement éclairée pendant un
certain temps.
Après plusieurs heures, l’une
des feuilles est débarrassée de
son cache puis décolorée par de
l’éthanol bouillant.
La feuille est ensuite plongée
dans une boîte de pétri
contenant de l’eau iodée.
L’eau iodée est un indicateur de
couleur jaune qui est utilisé pour
mettre en évidence la présence
d’un glucide, l’amidon, au
contact duquel elle devient bleu
foncé.
D’après http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/spip.php?article356

*une feuille panachée n’est pas
totalement chlorophyllienne ;
l’extrémité de la feuille est
blanche.

1- En utilisant vos connaissances, indiquer les résultats attendus dans chacune des
quatre zones de la feuille.

Partie 2. La conversion de l’énergie chimique en énergie électrique
Cette partie présente le principe de fonctionnement de la « pile végétale » étudiée et
ses applications potentielles.
La plante utilise la photosynthèse pour produire de la matière organique. Autour des
racines vivent de très nombreux microorganismes qui se nourrissent de la matière
organique issue du végétal. La réaction chimique correspondante peut être exploitée
au sein d’une pile comportant deux électrodes dont l’une est positionnées près de la
racine de la plante et l’autre en est plus éloignée. Cette pile peut délivrer un courant
électrique qui transporte de l’énergie. On admet que la puissance électrique fournie
par une « pile végétale » de cette sorte est proportionnelle à la surface que les plantes
exposées au soleil et qui se trouvent au voisinage des électrodes occupent sur le sol.
2- L’énergie solaire moyenne reçue en une année par unité de surface est égale à 107
J et on peut estimer en moyenne qu’une plante doit recevoir 20×106 J d’énergie solaire
pour produire 1 kg de matière organique.
Montrer que 1 m2 de surface végétale peut produire théoriquement 0,5 kg de matière
organique au cours d’une année.
3- On peut estimer qu’une « pile végétale » de 1 m2 de surface fournit une puissance
de 3 W et que l’énergie moyenne nécessaire à la recharge d’un smartphone est de 10
Wh.
Indication : le Watt-heure (Wh) est l’énergie correspondant à une puissance d’un Watt
fournie pendant une durée d’une heure.
3-a- Calculer la durée de recharge d’un smartphone avec 1 m2 de surface de « pile
végétale ».
3-b- L’énergie moyenne consommée par une famille pendant une année est 3000
kWh. Calculer la surface nécessaire en m2 de surface de « pile végétale » pour
fournir l’énergie annuelle à une famille.
4- À partir des arguments issus de l’étude des deux parties de l’exercice et de vos
connaissances, indiquer un intérêt et une limite au procédé de la « pile végétale ».

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00020131

Exercice 1
HISTOIRE D’EAU
Deux méthodes historiques permettant d’estimer l’âge de la Terre
Deux approches ont permis d’estimer l’âge de la Terre au cours du XIXe siècle. La
première utilise la mesure de la salinité de l’eau des océans tandis que la seconde
se base sur l’étude des phénomènes de sédimentation et d’érosion.
Partie 1. Estimation de l’âge de la Terre à l’aide de la salinité des eaux de mer
À la toute fin du XIXe siècle, le physicien irlandais John Joly proposa une méthode
d'estimation de l'âge de la Terre basée sur le taux de sel dans les océans, la salinité.
Les eaux de pluie ruissèlent à la surface de la Terre et se chargent en sel contenu
dans les roches de la croûte terrestre pour ensuite alimenter les rivières qui à leur
tour se déversent dans les océans. La quantité de sel dissous dans les océans
résulterait donc du déversement du sel contenu dans les rivières.
La première question porte sur le calcul de la masse de sel contenue dans les
océans.
1-a Calculer le volume total des océans en km3, modélisés sous la forme d'un
parallélépipède rectangle (cf. schéma ci-dessous)
SURFACE

HAUTEUR

Données utilisées par John Joly :
• Superficie totale des océans : 360  106 km2
• Profondeur moyenne des océans : 3,797 km
• Masse volumique moyenne des océans : 1,03  109 tonnes par km3
• L'eau des océans contient environ 1,07 % en masse de sel dissous.
• Déversement des rivières dans les océans : 2,72  104 km3 par an
• Concentration moyenne du sel dissous dans les rivières : 5 250 tonnes par km3
1-b Calculer la masse totale des océans en tonnes.
1-c En déduire que la masse de sel contenue dans les océans est d’environ :
1,5  1016 tonnes. On fera apparaître le calcul.
2- Calculer la masse de sel apportée chaque année par les rivières à l'océan.
3- En déduire comme l’a fait John Joly que l'âge de la Terre calculé par cette
méthode est d’environ 100 millions d'années.
4- En réalité, une partie du sel dissous subit une sédimentation dans certaines
régions littorales et peut également être échangé avec du calcium lors de l'altération
sous-marine du basalte, commenter la validité de la méthode de calcul proposée par

Partie 2. Érosion et sédimentation
Document 1 - Un exemple de destruction due à l’érosion.
Le “Grind of the Navir” correspond à une ouverture faite par la mer dans une falaise des
îles Shetland. Cette ouverture est élargie d’hiver en hiver par la houle qui s’y engouffre.

Extrait de la sixième édition de Principles of geology (1833) par Charles Lyell.

Document 2 - L’argument des temps de sédimentation et d’érosion par Charles Darwin,
extrait de L’Origine des espèces (1859).
“Ainsi que Lyell l’a très justement fait remarquer, l’étendue et l’épaisseur de nos couches
de sédiments sont le résultat et donnent la mesure de la dénudation1 que la croûte terrestre
a éprouvée ailleurs. Il faut donc examiner par soi-même ces énormes entassements de
couches superposées, étudier les petits ruisseaux charriant de la boue, contempler les
vagues rongeant les antiques falaises, pour se faire quelque notion de la durée des périodes
écoulées [...]. Il faut surtout errer le long des côtes formées de roches modérément dures, et
constater les progrès de leur désagrégation. [...] Rien ne peut mieux nous faire concevoir ce
qu’est l’immense durée du temps, selon les idées que nous nous faisons du temps, que la
vue des résultats si considérables produits par des agents atmosphériques2 qui nous
paraissent avoir si peu de puissance et agir si lentement. Après s’être ainsi convaincu de la
lenteur avec laquelle les agents atmosphériques et l’action des vagues sur les côtes rongent
la surface terrestre, il faut ensuite, pour apprécier la durée des temps passés, considérer,
d’une part, le volume immense des rochers qui ont été enlevés sur des étendues
considérables, et, de l’autre, examiner l’épaisseur de nos formations sédimentaires. [...]
J’ai vu, dans les Cordillères [une chaîne de montagnes], une masse de conglomérat3 dont
j’ai estimé l’épaisseur à environ 10 000 pieds [3km] ; et, bien que les conglomérats aient
dû probablement s’accumuler plus vite que des couches de sédiments plus fins, ils ne sont
cependant composés que de cailloux roulés et arrondis qui, portant chacun l’empreinte du
temps, prouvent avec quelle lenteur des masses aussi considérables ont dû s’entasser. [...]
M. Croll démontre, relativement à la dénudation produite par les agents atmosphériques, en
calculant le rapport de la quantité connue de matériaux sédimentaires que charrient
annuellement certaines rivières, relativement à l'étendue des surfaces drainées, qu'il
faudrait six millions d'années pour désagréger et pour enlever au niveau moyen de l'aire
totale qu'on considère une épaisseur de 1 000 pieds [305 mètres] de roches. Un tel résultat
peut paraitre étonnant, et le serait encore si, d'après quelques considérations qui peuvent
faire supposer qu'il est exagéré, on le réduisait à la moitié ou au quart. Bien peu de
personnes, d'ailleurs, se rendent un compte exact de ce que signifie réellement un million”.
Extrait “Du laps de temps écoulé, déduit de l’appréciation de la rapidité des dépôts et de l’étendue
des dénudations”, L'Origine des espèces, Charles Darwin, (p. 393 - 398).
1 - La dénudation correspond à l’effacement des reliefs par érosion.
2 - Les agents atmosphériques désignent les agents responsables de l’érosion comme la pluie, le gel,
le vent.
3 - Un conglomérat est une roche issue de la dégradation mécanique d'autres roches et composée de
sédiments liés par un ciment naturel.

5- Expliquer la démarche utilisée par C. Darwin permettant d’estimer un âge minimal
pour la Terre. La réponse ne doit pas excéder une demi-page.
6- Commenter les résultats obtenus par ces deux méthodes au regard de l’âge de la
Terre estimé aujourd’hui.

Exercice 2
LA DATATION DE L’OCCUPATION D’UNE GROTTE PAR HOMO SAPIENS
Les analyses stylistiques des peintures et des objets ornant une grotte d’Europe de
l’ouest ont permis aux paléoanthropologues de dater son occupation par Homo
sapiens à la fin du Paléolithique supérieur.
Un désaccord persiste cependant entre les scientifiques lorsqu’il s’agit de préciser si
les peintures et objets ont été réalisés au Gravettien, au Solutréen ou au Magdalénien,
les trois dernières périodes géologiques du Paléolithique supérieur comme l’indique le
document ci-dessous.
Les périodes géologiques de la fin du Paléolithique supérieur
Fin du paléolithique supérieur
Magdalénien

Gravettien
Solutréen
-27000 ans
27000

-20000 ans -18000 ans
27000
27000

-12000 ans
27000

0 an

+2000 ans

D’après https://multimedia.inrap.fr/archeologie-preventive/chronologie-generale

Remarque : la proportionnalité sur l’échelle des temps n’est pas respectée.
1. Préciser ce qui distingue un noyau stable d’un noyau radioactif. Définir la demi-vie
d’un isotope radioactif. Préciser si, pour un échantillon macroscopique contenant cet
isotope, la demi-vie dépend de la quantité d’isotopes présente initialement.
2. L’élément carbone présent dans le bois d’un végétal provient de l’air et a été
assimilé dans le végétal grâce à la photosynthèse au niveau des feuilles. En
analysant le document ci-dessous, justifier l’utilisation de la méthode de datation au
carbone 14 pour dater les peintures ornant la paroi de cette grotte.
3. Compléter la courbe en annexe représentant la décroissance radioactive du
nombre d’atomes de 14C au cours du temps (annexe à rendre avec la copie – les
coordonnées des points calculés doivent être précisées).
4. En s’appuyant sur le document ci-dessous, expliquer, sous la forme d'une courte
rédaction argumentée, comment la datation au 14C permet de faire évoluer le
désaccord entre les scientifiques sur la période de réalisation des peintures.

Document.
Principe de la datation au carbone 14
Le carbone 14 (14C) est un noyau radioactif en proportion constante dans
l’atmosphère.
Les êtres vivants, formant la biosphère, échangent entre eux ainsi qu’avec
l’atmosphère du dioxyde de carbone (CO2) dont une fraction connue comprend du
carbone 14. Tout être vivant contient donc dans son organisme du 14C en même
proportion que l’atmosphère..
À sa mort, un être vivant cesse d’absorber du dioxyde de carbone, par contre le
carbone 14 qu’il contient continue à se désintégrer.
En 5730 ans la moitié des atomes de carbone 14 aura disparu d’un échantillon
macroscopique de cet être vivant. C’est la demi-vie (t ½) de ce noyau radioactif. Audelà de 8 demi-vie, la quantité de 14C présente dans l’échantillon, inférieure à 1 %,
est trop faible pour que la méthode puisse être utilisée pour dater un évènement.
Décroissance du nombre d’atomes de 14C dans une feuille fossilisée après sa
mort.

Grand nombre d’atomes de 14C
Grand nombre d’atomes de 14N
Source : illustration de l’auteur

Résultats des mesures effectuées sur un fragment de charbon de bois prélevé dans
la grotte
Pour réaliser les peintures ornant les parois de la grotte, les êtres humains du Paléolithique
supérieur ont utilisé du charbon de bois.

Les mesures, réalisées sur un prélèvement de ce charbon de bois par les
scientifiques, montrent que la quantité de 14C mesurée en l’an 2000 n’est plus égale
qu’à 8,0 % de la quantité du 14C initialement présent dans l’échantillon.

Annexe à rendre avec la copie

LA DATATION DE L’OCCUPATION D’UNE GROTTE PAR HOMO SAPIENS
Exercice 2 : question 3

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00020352
1,5  1016 tonnes. On fera apparaître le calcul.
2- Calculer la masse de sel apportée chaque année par les rivières à l'océan.
3- En déduire, comme l’a fait John Joly, que l'âge de la Terre calculé par cette
méthode est d’environ 100 millions d'années.

4- En réalité, une partie du sel dissous subit une sédimentation dans certaines
régions littorales et peut également être échangé avec du calcium lors de l'altération
sous-marine du basalte, commenter la validité de la méthode de calcul proposée par
John Joly.
Partie 2. Érosion et sédimentation
Document 1 - Un exemple de destruction due à l’érosion.
Le “Grind of the Navir” correspond à une ouverture faite par la mer dans une falaise des îles
Shetland. Cette ouverture est élargie d’hiver en hiver par la houle qui s’y engouffre.

Exercice 2
MASSE, FRÉQUENCE, GAMME
Les parties 1 et 2 peuvent être traitées indépendamment l’une de l’autre.
Partie 1. Masse et fréquence.
On dispose de trois marteaux M1, M2 et M3 de masses respectives m1 = 0,24 kg,
m2 = 0,48 kg et m3 = 1,44 kg.
L’expérience consiste à les laisser tomber sur une enclume. Un logiciel d’acquisition
enregistre le signal sonore émis.
On désigne respectivement par f1 , f2 et f3 les fréquences fondamentales des sons
émis par les marteaux M1, M2 et M3 lors de l’expérience.
Document 1 : spectres des fréquences des sons émis lors de la chute des
marteaux
Spectre du son obtenu avec le marteau 1 :

Spectre du son obtenu avec le marteau 2 :

Spectre du son obtenu avec le marteau 3 :

1- Lire sur le document 1 les fréquences fondamentales f1 , f2 , et f3 des sons émis
lors de l’expérience et noter leurs valeurs sur la copie.
2- Comparer ces fréquences. La masse du marteau influe-t-elle sur la fréquence
fondamentale du son émis ?
Partie 2. Construction d'une gamme
On souhaite construire une gamme musicale en harmonie avec la note obtenue en
tapant sur l'enclume de la partie 1. On admet que cette fréquence vaut environ
3600 Hz.
3- Cette note, jugée trop aigüe, doit être diminuée de plusieurs octaves-pour obtenir
une fréquence proche de 440 Hz, correspondant à la fréquence du La3 servant

communément de référence. Combien d’octaves séparent la note obtenue en tapant
sur l’enclume et le La3 ?
4- Dans une gamme de douze notes au tempérament égal (aussi appelée gamme
tempérée), la fréquence de chaque note est obtenue en multipliant la fréquence de la
12
1

précédente par racine douzième de deux, notée √2 ou 212 .

4-a- Recopier et compléter l'algorithme ci-dessous pour qu'il permette de construire
la gamme de douze notes au tempérament égal à partir de la note de fréquence
F = f0
𝐹←⋯
Pour i allant de … à …
Afficher F
𝐹←⋯
FinPour

4-b- Donner la valeur de B dans le tableau des fréquences ci-dessous :
Note 0 Note 1 Note 2 Note 3 Note 4 Note 5 Note 6 Note 7 Note 8 Note 9 Note 10

Fréquence 455 482
𝑓
= 𝑓0
(en Hertz)
Rapport
𝑓
𝑓0
1

511

541

573

607

A

682

723

765

21/12 22/12 23/12 24/12 25/12

B

27/12

28/12 29/12 210/12

Note 11

Note 12

859

910

211/12
2

811

4-c- Expliquer pourquoi A2 = 682 × 607 puis donner la valeur de A.
5- On rappelle que la quinte juste introduite pour construire les gammes de
3
Pythagore est exactement 2.
Déterminer la note de la gamme pour laquelle l’intervalle qu’elle forme avec la note 0
est le plus proche de la quinte juste.

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00810211

Exercice 1

Terre Plate ou Terre sphérique
Anaxagore (v. -500 ; -428) et Ératosthène (v. -276; v. -194) sont deux mathématiciens
qui se sont intéressés à la forme de la Terre : Anaxagore pensait qu’elle était plate
alors qu’Ératosthène pensait qu’elle était sphérique.
Document 1 : Anaxagore
Anaxagore est un philosophe grec qui s’est
intéressé aux mathématiques et à l’astronomie. Il a
l’intuition, par exemple, que la Lune brille en
réfléchissant les rayons du Soleil et fournit une
explication valable des éclipses lunaires et solaires.
Il pense, d’autre part, que la Terre est un disque plat
et, sous cette hypothèse, il cherche à calculer la
distance de la Terre au Soleil.
Il a appris par des voyageurs venant de la ville de
Syène (S) que, lors du solstice d’été, le Soleil (H)
est au zénith à midi et donc que les objets n’ont pas
d’ombre à ce moment précis. Au même moment,
quelques 800 km plus au nord, à l’emplacement de
ce qui deviendra la ville d’Alexandrie (A), le soleil
éclaire un puits de 2 m de diamètre jusqu’à une
profondeur de 16 m.

Figure 1

La figure 1 représente la situation à midi lors du
solstice d’été.

1- Compléter le schéma de l’annexe avec les informations chiffrées du document 1.
Quelle longueur de ce schéma Anaxagore cherche-t-il à calculer ?
2- Calculer la distance Terre-Soleil dans le modèle d’Anaxagore.
3- On estime aujourd’hui que la distance moyenne Terre-Soleil est de 150 millions de
kilomètres soit 25000 fois plus. Expliquer pourquoi la valeur trouvée par Anaxagore
est très éloignée de la valeur réelle.

Document 2 : Eratosthène
Eratosthène, autre philosophe grec intéressé lui
aussi par les mathématiques et la forme de la
Terre, considère que la Terre est sphérique et il
cherche à calculer son rayon.
Il connaît lui aussi la distance de 800 km entre
Syène (S) et Alexandrie (A) et sait qu’à midi, lors
du solstice d’été, le soleil est au zénith à Syène.
Il fait une hypothèse importante pour son
modèle : il pense que le soleil est très éloigné de
la Terre et que, par conséquent, ses rayons sont
parallèles en arrivant sur la Terre.
Il utilise un instrument de mesure qui lui permet
de trouver un angle d’un cinquantième de tour,
soit 7,2°, entre les rayons du soleil et la
verticale à Alexandrie.
Figure 2
La figure 2 représente la situation à midi lors du
solstice d’été. Le segment [EA] représente la
verticale à Alexandrie et C le centre de la Terre.

4- Compléter le schéma de l’annexe avec les informations chiffrées du texte du
document 2.
Quelle longueur de ce schéma Ératosthène cherche-t-il à calculer ?
̂ . Justifier la réponse en s’appuyant sur des
5- Déterminer la mesure de l’angle ACS
propriétés géométriques.
Calculer la circonférence de la Terre puis en déduire le rayon de la Terre au kilomètre
près.
6- On estime aujourd’hui que le rayon de la Terre est de 6371 km. Calculer l’erreur en
pourcentage commise par Ératosthène. Commenter.

Exercice 2
Détermination de l'âge de la Terre par Buffon
Cet exercice propose d’étudier une méthode historique de détermination de l’âge de
la Terre (proposée par Buffon au 18e siècle) et de la mettre en perspective avec une
méthode actuelle.
Partie 1. Expérience de Buffon et détermination de l’âge de la Terre
Document 1. Description du protocole expérimental mis en œuvre par Buffon
« J'ai fait faire dix boulets de fer forgé et battu :
Le premier d'un demi-pouce de diamètre. Le second d'un pouce. Le troisième d'un
pouce et demi. Le quatrième de deux pouces. Le cinquième de deux pouces et demi. Le
sixième de trois pouces. Le septième de trois pouces et demi. Le huitième de quatre pouces.
Le neuvième de quatre pouces et demi. Le dixième de cinq pouces.
Ce fer venait de la forge de Chameçon près de Châtillon-sur-Seine, et comme tous les
boulets ont été faits du fer de cette même forge, leurs poids se sont trouvés à très-peu près
proportionnels aux volumes. [...]
J'ai cherché à saisir deux instants dans le refroidissement, le premier où les boulets
cessaient de brûler, c'est-à-dire le moment où on pouvait les toucher et les tenir avec la main,
pendant une seconde, sans se brûler ; le second temps de ce refroidissement était celui où les
boulets se sont trouvés refroidis jusqu'au point de la température actuelle, c'est-à-dire, à
10 degrés au-dessus de la congélation. »
Extrait : Premier tome, rédigé par Buffon (1774)
Document 2. Tableau présentant un extrait des mesures réalisées par Buffon
Diamètre (en pouce)
1

1,5
2

3

4

Temps de
« refroidissement au
point de la température
actuelle » (en minute)

93

145 196 308 415

5

1- « Le boulet de 5 pouces a été chauffé à blanc en 34 minutes. Il s'est refroidi au
point de le tenir dans la main en 3 heures 52 min. Refroidi au point de la température
actuelle en 8 heures 42 minutes. »
Indiquer laquelle des quatre valeurs proposées ci-dessous correspond à la valeur
manquante dans le document 2 (case grisée) pour le boulet de 5 pouces.
Valeur A : 842

Valeur B : 352

Valeur C : 522

Valeur D : 232

2- Le pouce est une ancienne unité de longueur, valant environ 2,7 cm. Convertir en
centimètre le diamètre du plus grand boulet.

3- Sur l’annexe, représenter les points correspondant au temps de
« refroidissement au point de la température actuelle » (en minute) en fonction du
diamètre du boulet (en pouce).
4- Indiquer laquelle des trois affirmations suivantes permet d’exprimer la relation
entre le diamètre du boulet en fer forgé et son temps de « refroidissement au point
de la température actuelle » au vu de l’expérience de Buffon.
• Affirmation A : « Le temps de refroidissement est proportionnel au diamètre. »
• Affirmation B : « La vitesse de refroidissement est proportionnelle au diamètre. »
• Affirmation C : « L’accroissement du temps de refroidissement est proportionnel à
l’accroissement du diamètre. »
5- L’utilisation d’un tableur permet d’ajuster le nuage des points construits à la
question 3 par la fonction f définie par 𝑓(𝑑) = 108𝑑 − 16 pour des valeurs de
𝑑 supérieures ou égales à 1 et où d correspond au diamètre (en pouce) et f(d) la
durée de refroidissement (en minute).
À l’aide de ce modèle et sachant que le diamètre de la Terre est de 12 742 km,
calculer l’âge de la Terre (en année).
Partie 2. Mise en perspective avec les connaissances actuelles
Nous cherchons à porter un regard critique sur l’utilisation de boulets en fer pour
déterminer l’âge de la Terre.
6- En utilisant le document 3, expliquer en quoi le modèle de Buffon utilisant des
boulets de fer n’est pas adapté pour déterminer l’âge de la Terre.
Document 3. Composition simplifiée des principales enveloppes terrestres
Composition chimique des différentes
enveloppes terrestres

Croûte
(continentale
et océanique)

Oxydes de :
Si (50 à 70 %)
Al (13 à 16 %)
Fe (5 %)
…

Manteau

Oxydes de :
Si (45 %)
Mg (37 %)
Fe (8 %)
…

Noyau

Alliage fernickel (teneur en fer
environ 98 %)

D’après : http://avg85.fr/category/mediatheque/galerie-de-photos/cartes-et-coupes-geologiques/

Légende :
Si : silicium
Al : aluminium
Fe : fer
Mg : magnésium
7- Indiquer l’âge de la Terre estimé actuellement. Nommer la méthode utilisée
pour déterminer cet âge et décrire son principe.
Annexe à rendre avec la copie

Exercice1- Question 1
H représente le Soleil, S la ville de Syène, A la ville d’Alexandrie et le segment [𝑃𝑅]
le fond du puit. Le schéma n’est pas à l’échelle.

Exercice 1- Question 4
C représente le centre de la Terre, S la ville de Syène, A la ville d’Alexandrie et le
segment [𝐸𝐴] la verticale à Alexandrie. Le schéma n’est pas à l’échelle.

Exercice2- Question 3
Représenter les points correspondant au temps de « refroidissement au point de la
température actuelle » (en minute) en fonction du diamètre du boulet (en pouce).

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 01410201

Exercice 1
DÉTERMINATION DE L’ÂGE DE LA TERRE
Première Partie
Buffon est un scientifique du XVIIIe Siècle, voici un extrait de son Premier Mémoire.
Document 1 : Recherches sur le refroidissement de la Terre et des
planètes
En supposant, comme tous les phénomènes paraissent l’indiquer, que
la Terre ait été autrefois dans un état de liquéfaction causée par le feu, il
est démontré, par nos expériences, que si le globe était entièrement
composé de fer ou de matière ferrugineusea, il ne se serait consolidé
jusqu’au centre qu’en 4 026 ans, refroidi au point de pouvoir le toucher
sans se brûler en 46 991 ans ; et qu’il ne se serait refroidi au point de la
température actuelle qu’en 100 696 ans ; mais comme la Terre, dans
tout ce qui nous est connu, nous paraît être composée de matières
vitresciblesb et calcaires qui se refroidissent en moins de temps que les
matières ferrugineuses, […] on trouvera que le globe terrestre s’est
consolidé jusqu’au centre en 2 905 ans environ, qu’il s’est refroidi au
point de pouvoir le toucher en 33 911 ans environ, et à la température
actuelle en 74 047 ans environ.
Buffon, G.-L. L. (s. d.). Supplément à la théorie de la terre.
Notes :
a. Matière composée en grande partie de fer.
b. Qui peut être changé en verre.
1- Dans le document 1, Buffon présente sa démarche pour trouver l’âge de la Terre.
Il modélise la Terre par une boule de matière en fusion qui se refroidit.
1-a- Indiquer les trois étapes du refroidissement de la Terre décrites par Buffon.
1-b- Donner l’argument sur lequel s’appuie Buffon pour réévaluer sa première
estimation de l’âge de la Terre.
2- À partir d’expériences, Buffon établit les données contenues dans le tableau cidessous, donnant le temps de refroidissement « au point de pouvoir la toucher sans
se brûler » (en minute) d’une boule de fer en fonction de son diamètre (en demipouces) :

Document 2 :
Temps de refroidissement « au point de pouvoir toucher sans se brûler »
Diamètre 𝑑 (en demi-pouce)

1 3

Temps 𝑡 de refroidissement observé
(en minute)

12 58 102 156 205
5

7

9

Dans le repère du document-réponse 1 de l’annexe, placer les points représentant
les données du tableau, puis tracer la droite passant par les points d’abscisses 3
et 9.
3- On suppose que la Terre a un diamètre égal à 12 740 km, c’est-à-dire à environ
1 milliard de demi-pouces.
La droite précédemment tracée a pour équation 𝑡 = 24,5 × 𝑑 − 15,5, où 𝑡 est la durée
de refroidissement (en minute) et 𝑑 le diamètre de la boule (en demi-pouce).
En supposant que cette droite modélise l’évolution du temps de refroidissement en
fonction du diamètre, retrouve-t-on les 46 991 années obtenues par Buffon comme
temps de refroidissement d’une boule de fer de la taille de la Terre ? Présenter les
calculs permettant de répondre à la question.
Deuxième Partie
Des méthodes de datation de l’âge de la Terre plus récentes font intervenir la
décroissance radioactive. Lors de la formation de la Terre, de l’uranium naturel s’est
créé, en particulier l’isotope radioactif 235𝑈. L’examen de roches montre
qu’aujourd’hui, il reste environ 1 % de l’uranium 235 présent lors de la formation de la
Terre.
4- Le graphique du document-réponse 2 de l’annexe représente le nombre de
noyaux d’uranium 235 restants en fonction du temps.
On note 𝑁0 le nombre de noyaux à l’instant initial 𝑡 = 0.
4-a- Sur ce graphique, repérer la demi-vie 𝑇1⁄2 de l’uranium 235. Faire apparaître
les traits de construction.
4-b- Sur ce graphique, graduer l’axe des abscisses en multiples de la demi-vie.
4-c- En utilisant ce graphique, estimer au bout de combien de demi-vies il ne reste
plus que 1% des noyaux d’uranium 235 ? On notera sur la copie la bonne
réponse parmi les trois suivantes, sans justifier.
Réponse A : entre 1 et 3 demi-vies
Réponse B : entre 3 et 5 demi-vies
Réponse C : entre 6 et 8 demi-vies

5- Sachant que la demi-vie 𝑇1⁄2 de l’uranium 235 est de 0,704 milliard d’années,
proposer une estimation de l’âge de la Terre

Exercice 2
NEW-YORK - PÉKIN EN AVION
Les constructeurs d’avions ayant fait de grandes améliorations en matière de
sécurité sur leurs biréacteurs, les autorités américaines de l’aviation civile ont revu fin
décembre 2011 la réglementation sur ces avions, en les autorisant à voler au-dessus
du Pôle Nord.
Ce sujet étudie les durées de vol sur le trajet New York-Pékin en fonction de deux
trajectoires possibles : soit le long du 40e parallèle, soit en passant par le Pôle Nord.
Document 1 : deux planisphères - deux représentations de la Terre
Figure 1a – Représentation de la Terre en projection cylindrique

Figure 1b – Représentation de la Terre en projection polaire

N

•

•P

Equateur
ur

N représente la ville de New York.
P représente la ville de Pékin.

Document 2 :
représentation de la Terre pour l’étude du trajet en passant par le Pôle Nord

N : New York
P : Pékin
O : centre de la Terre
H : centre du cercle
formé
par le 40ème parallèle

Le rayon de la Terre
1- On admet que la longueur du méridien terrestre est égale à 40 000 km. En déduire
le rayon de la sphère terrestre.

Trajet New York – Pékin en suivant le 40e parallèle
Jusqu’au début des années 2010, la liaison aérienne New York – Pékin à bord
d’avions biréacteurs suivait une route relativement proche de la ligne du 40e
parallèle.
2- Tracer, sur le schéma du document-réponse situé en Annexe, un des deux arcs de
parallèle qui relie New York à Pékin.
3- D’après le document 1, figure 1a, indiquer les coordonnées terrestres (latitude,
longitude) de chacune des villes de New York et de Pékin. Il est attendu des
coordonnées entières.
4- En utilisant les coordonnées de New York et de Pékin, montrer que chacun des
arcs de parallèle reliant New-York à Pékin est un demi-cercle.
5- Parmi les quatre propositions ci-dessous, une seule représente la distance New
York – Pékin le long du 40e parallèle :
Proposition A
1 200 km

Proposition B
15 300 km

Proposition C
20 000 km

Proposition D
40 000 km

Éliminer les trois propositions fausses pour trouver la distance New York – Pékin le
long du 40e parallèle. Justifier. On pourra utiliser cos(40°)=0,766.
Trajet New York – Pékin en passant par le Pôle Nord
Depuis décembre 2011, les avions biréacteurs peuvent survoler le pôle Nord.
6- Tracer (d’une autre couleur que celle utilisée en question 2) sur le schéma du
document-réponse situé en Annexe, la route que les avions biréacteurs sont
autorisés à emprunter entre New York et Pékin en passant par le Pôle Nord.
7- Montrer que la distance New York – Pékin par la route polaire mesure environ
11 100 km.
8- D’un point de vue environnemental, indiquer un avantage lié à la route aérienne
passant par le Pôle Nord par rapport à la route suivant le 40e parallèle.

Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1 - question 2
Document-réponse 1 à compléter

Exercice 1- Question 4
Document-réponse 2 à compléter
𝑁0
0

Exercice 2 : New-York Pékin en avion – Questions 2 et 6
Document-réponse :

Equateur

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 03910551

Exercice 1
DE LA THÉORIE CELLULAIRE AUX NANO MÉDICAMENTS

Partie 1. Découverte de la cellule et de la membrane plasmique
C'est en 1838, avec le botaniste Matthias Jakob Schleiden et le zoologiste Theodor
Schwann, que la notion de cellule est formalisée dans le cadre de la théorie
cellulaire.
Document 1 : Observations microscopiques de cellules
(a) Feuille d’élodée (plante à fleurs)

I-----I : 10 micromètres
Source : snv.jussieu.fr
b) Cellules de foie humain

I-------I : 25 micromètres

(c) Bactérie Escherichia coli

I---I : 0,5 micromètres
Source INRA.fr
1- À partir des photographies du document 1, déterminer la taille (dimension la plus
longue) d’une cellule de chaque type (a, b et c) en explicitant vos calculs.
2- Identifier la ou les observations du document 1 qui auraient pu être faites avec le
matériel de l’époque de Schleiden et Schwann.
3- Expliquer en quoi de telles observations ont permis de formuler la théorie
cellulaire.
Document 2 : La découverte de la membrane
Au début du XXème siècle, les chercheurs commencent à s’accorder sur l’existence
d’une structure délimitant les cellules, bientôt désignée sous le terme de membrane
plasmique.
En 1899, le britannique Everton en étudiant la perméabilité de cellules d’algues à
différentes molécules déduit que la membrane est constituée de lipides, ce qu’ont
confirmé des analyses chimiques au début du XXème siècle.
En 1925, Gortel et Grendel réalisent une expérience pour comprendre l’organisation
de cette membrane. Ils prélèvent les globules rouges dans 1mL de sang, les
comptent puis évaluent la surface totale de l’ensemble de leurs membranes.
Ils extraient ensuite les lipides des globules rouges. Seule la membrane plasmique
des globules rouges contient des lipides car ils ne contiennent pas d’organites
possédant des membranes lipidiques (ni noyau ni mitochondries).
Ces lipides sont ensuite versés dans une cuve remplie d’eau, formant un film (simple
couche de lipides) à la surface de l’eau. Un système de barre déplaçable permet

Schématisation des expériences de Gortel et Grendel :
Globules rouges extraits
dans 1 mL de sang
Évaluation de la surface
totale St de l’ensemble des
n globules rouges
𝑆𝑡 = 𝑆1 × 𝑛

Comptage des
globules rouges
(n)

Extraction des lipides
issus des globules
rouges
Dispersion des lipides à la
surface d’une cuve remplie d’eau
Film formé par les lipides

Élément fixe

Élément déplaçable

Évaluation de la surface du
film lipidique
Résultats obtenus :
Volume de
Nombre de
sang utilisé
globules
(en mL)
rouges par ml
de sang
1
4,74×109

Surface
d’un globule
rouge
(en m2)
99,4×10-12

Surface totale
des globules
rouges (en m2)
0,47

Surface de
lipides mesurée
dans la cuve (en
m2)
0,94

D’après Extrait de Biologie: Les manuels visuels pour la Licence (Lelievre et al.)

4- À partir des informations apportées par le document 2 et de vos connaissances,
recopier la bonne la bonne proposition parmi les séries de quatre ci-dessous :
4.a- Les globules rouges sont différents des cellules a et b observées dans la
question 1 car :
¨
Ils ne contiennent pas de membrane.
¨
Ils ne contiennent pas de lipides.
¨
Ils ne contiennent pas de noyau.
¨

4.b- L’expérience de Gortel et Grendel montre que la membrane des globules
rouges :
¨
Est constituée d’une simple couche de lipides
¨
Est constituée d’une double couche de lipides
¨
Est deux fois plus fine que les membranes des autres cellules.
¨
Est deux fois plus épaisse que la membrane des autres cellules.
4.c- La membrane plasmique est constituée :
¨
De protéines uniquement
¨
De phospholipides et de protéines
¨
D’ADN et de phospholipides
¨
De phospholipides uniquement.

Partie 2 : Des nano vecteurs s’inspirant de la membrane cellulaire pour
améliorer les traitements anticancéreux
Document 3 : les nanotechnologies au service de la médecine
3a- Principe et intérêt des nano vecteurs
Lors des traitements anticancéreux classiques, des doses importantes de
médicament sont ingérées car seule une petite partie est efficace et atteint l’organe
malade. Aussi, d’autres organes peuvent être touchés, occasionnant de nombreux
effets secondaires (perte de cheveux par exemple). Pour limiter ces effets, il faudrait
que le médicament agisse uniquement sur les cellules ciblées ce qui permettrait
aussi de réduire la dose ingérée. Enfermer le médicament dans un nano vecteur
lipidique pourrait être la solution !
3b : Deux types de vecteurs lipidiques
Schéma des deux types de vecteurs et détail d’un phospholipide

Tête
hydrophile
Queue lipophile

Deux types de vecteurs lipidiques peuvent enfermer un médicament. Ils sont obtenus
en agitant vigoureusement un mélange d’eau et de phospholipides.

Des marqueurs protéiques appropriés peuvent être rajoutés dans leur enveloppe
pour qu’ils soient reconnus par les cellules cibles. Ils permettent la fusion de la
vésicule et de la membrane plasmique (de même nature), libérant le contenu de la
vésicule directement dans la cellule cible.
5- À partir des informations fournies par le document 3, expliquer en quoi l’utilisation
des vecteurs lipidiques est intéressante pour administrer les médicaments
anticancéreux.
6- En utilisant vos connaissances, choisir le type de vecteur le plus pertinent pour
transporter un médicament anticancéreux hydrophile

Exercice 2
L’ARCHIPEL D’HAWAÏ ET LES MONTS DE L’EMPEREUR
Sur l’île d’Hawaï, située dans l’océan Pacifique, on trouve un volcan actif, le
Kilauea, qui produit des laves fluides à l’origine de roches appelées basaltes. L’île
d’Hawaï fait partie d’un archipel dont les îles volcaniques sont alignées.
Document 1. Carte de localisation de l’archipel d’Hawaï dans son contexte
géologique.

Partie A. Les basaltes d’Hawaï.
Dans cette partie, on s’intéresse aux roches d’Hawaï et à leur mode de formation. On
a prélevé deux roches sur l’île d’Hawaï à des profondeurs différentes de la coulée de
lave : le basalte 1 se trouvait en surface de la coulée, et le basalte 2 plus en
profondeur.
Document 2. Comparaison des deux basaltes d’Hawaï observés à la même échelle
Roche

Basalte 1

Basalte 2

Taille des
minéraux

Petite

Moyenne

Proportion de
verre

Forte

Faible

Photos de lames
de deux roches
observées au
microscope en
lumière polarisée
analysée (LPA),
au grossissement
40

Minéraux

Cristaux de feldspaths plagioclases, pyroxènes et olivines dans
du verre (en noir sur la photographie).

1- Mettre en relation la proportion de verre et la taille des cristaux avec les conditions
de refroidissement de ces deux échantillons de roches.

Partie B. Les monts sous-marins de la chaîne de l’Empereur.
La plaque tectonique Pacifique, sur laquelle se trouve l’archipel d’Hawaï, se déplace
avec le temps au-dessus d’un point chaud considéré comme fixe. Ce point chaud est
à l’origine de l’émission de laves en surface de la Terre, à l’origine des îles
volcaniques. La plaque tectonique Pacifique se déplace de plusieurs centimètres par
an. Avant l’utilisation du GPS, les géologues mesuraient le déplacement de
différentes façons.

Document 3. Localisation et âge des Monts de l’Empereur et archipel d’Hawaï.
Avec le temps, les anciennes îles volcaniques formées par le point chaud d’Hawaii
se sont érodées : elles s’élèvent toujours depuis le fond de la mer mais sans
atteindre la surface de l’océan Pacifique. Ces monts sous-marins forment les monts
de l’Empereur. L’âge de chaque mont de l’Empereur, exprimé en million d’années
(Ma), est indiqué entre parenthèses.
Îles volcaniques
émergées
Monts de l’Empereur
Volcans sous-marins
éteints

D’après http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt, schéma de Alain Gallien, document modifié

2- a- Indiquer la latitude du mont Jingu.
2- b- Indiquer la longitude de l’île d’Hawaï.
Pour calculer la vitesse de déplacement de la plaque Pacifique, on peut utiliser la
position et l’âge de deux monts de l’Empereur (en millions d’années).
3- Calculer la vitesse moyenne de déplacement de la plaque Pacifique entre la
formation des monts Suiko et Koko. Pour cela, utiliser l’échelle fournie sur le

Le déplacement de la plaque correspond à un déplacement sur une surface
sphérique et non pas plane. Les monts Koko et Suiko étant situés sur le même
méridien, on peut déterminer la vitesse de déplacement de la plaque en utilisant non
pas un segment de droite mais un arc de méridien.
On a représenté sur le document 5 ci-dessous une vue de coupe de la Terre le long
du méridien sur lequel se trouvent les deux monts. Le point A représente le mont
Suiko et le point B représente le mont Koko. C est le point d’intersection entre le
méridien commun et l’équateur, et O représente le centre de la Terre. On rappelle
que :
- le rayon terrestre est : RT = 6371 km ;
- la longueur d’un arc de cercle est proportionnelle à l’angle qui l’intercepte.
Document 4. Localisation des deux monts étudiés sur une vue de coupe de la Terre.
Latitude de Suiko : 44 °N
(arrondie au degré près).
A

Latitude de Koko : 35 °N
(arrondie au degré près).

B
C

O

Document réalisé sur GeoGebra. Latitudes d’après https://latitude.to
, puis déterminer la longueur ℓ de l’arc
4- Calculer la mesure en degrés de l’angle 𝐴𝑂𝐵
de méridien reliant les points A et B.
5- Calculer la distance entre deux points situés sur un même méridien et dont les
latitudes diffèrent de 1 degré. De même, calculer la distance correspondant à une
mesure d’un millimètre sur la carte du document 3. Exploiter ces résultats pour
comparer la précision de la mesure de distance selon les deux méthodes réalisées
en question 3 et 4.

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 02510551

Exercice 1
DE LA RADIUMTHÉRAPIE À LA CURIETHÉRAPIE
En décembre 1898, Marie et Pierre Curie découvrent un nouvel élément chimique
qu’ils appellent « radium ». Pierre Curie et Henri Becquerel publient en 1901 un
article relatant les effets physiologiques du rayonnement du radium.
Dans les années 1910, Marie Curie, qui dirige alors l’Institut du Radium développe,
avec le Dr. Regaud qui dirige l’Institut Pasteur, la « curiethérapie ». C’est une
méthode qui consistait à irradier localement une tumeur cancéreuse en introduisant
de fines aiguilles contenant du radium.
L’objectif de l’exercice est de comprendre le principe d’une radiothérapie, la
curiethérapie.
Document 1. Les débuts de la curiethérapie
Les médecins avaient très vite compris que les rayonnements ionisants tuaient
plus facilement les cellules cancéreuses que les cellules saines, bien qu'ils n'aient
pas su pourquoi. Mais il y eut un long chemin à parcourir avant qu'ils ne
parviennent à optimiser les doses de ces rayonnements tout en minimisant les
risques pour les patients et les opérateurs. À l'âge héroïque, il n'était pas possible
de calculer la dose de rayonnement émise et les médecins recouraient le plus
souvent à une irradiation massive aux rayons X d'une grande partie du corps pour
détruire la tumeur d'un seul coup. Cela entraînait fréquemment la nécrose des
tissus sains environnants sans garantir l'absence de récidive de la tumeur. Pour les
tumeurs traitées par radioactivité, on employait des sels de radium, d'abord
contenus dans des tubes en verre puis dans des aiguilles en platine, placés contre
les tumeurs (ou à l'intérieur) ce qui limitait leur usage aux cancers accessibles de
l'extérieur et de petite taille (cancers du sein, de la peau, du col de l'utérus).
D’après www.futura-sciences.com : Dossier - Radioactivité : les pionniers

Aiguilles contenant les sels de radium, utilisées en curiethérapie dans les années
1910
http://www.jeanboudou.fr/blog/la-grande-decouverte-des-curie/
Le radium est un élément radioactif. On estime aujourd’hui sa demi-vie à 1622 ans.

2. Donner la définition de la demi-vie d’un élément radioactif.
3. À partir de l’exploitation du document 1, indiquer la bonne réponse sur votre
copie :
La curiethérapie a été utilisée dès le début du XXème siècle pour soigner des cancers,
car :
3a. Les rayonnements produits empêchent les récidives de la tumeur.
3b. Les rayonnements produits détruisent les cellules des tumeurs.
3c. Les rayonnements produits pouvaient être facilement dosés et localisés
avec précision sur la tumeur.
3d. Les rayonnements produits provoquent uniquement une nécrose des
cellules cancéreuses.
Document 2. La méthode actuelle de curiethérapie de la prostate
La curiethérapie de la prostate consiste à installer directement dans l’organe des
implants radioactifs constitués d'une source radioactive enrobée dans une capsule
de titane. Un radioélément utilisé est l'iode-125. De 40 à 130 implants sont installés
dans la prostate, le nombre étant déterminé par le volume de la prostate à traiter.
Ces implants restent à demeure.

Implants contenant de l’iode125 utilisés en curiethérapie de
la prostate

Radiographie du bassin d’un patient traité par
curiethérapie. Les implants apparaissent sous
forme de bâtonnets blancs.
Évolution de la radioactivité des implants en fonction du temps
Pourcentage
de radioactivité
100
73
53
38
20
11
5
restante (%)
Temps
0
4
8
12
20
28
36
(semaines)
D’après http://www.laradioactivite.com/site/pages/Projet_Curietherapie.htm

Document 3. Radioprotection après la pose des implants radioactifs lors d’une
curiethérapie de la prostate
La plupart des rayonnements émis par l'iode-125 ont beau être essentiellement
absorbés dans l’organe à traiter, une fraction touche néanmoins des structures
proches, comme le rectum ou la vessie par exemple. À cette inquiétude légitime
pour le patient, s'ajoute un risque pour l'entourage tant que la radioactivité n'a pas
décru suffisamment : le patient est lui-même radioactif. Quelques précautions
permettent de réduire le risque. Voici les conseils donnés par l’Institut National du
Cancer :
« En cas de curiethérapie par implants permanents (iode-125), la radioactivité des
sources implantées diminue progressivement dans le temps. Les risques pour
l’entourage sont jugés inexistants, les rayonnements émis étant très peu
pénétrants et donc arrêtés presque totalement par le corps lui-même.
Les contacts avec les autres personnes sont autorisés. Quelques précautions sont
cependant nécessaires pendant les 6 mois qui suivent l’implantation. En pratique,
vous devez notamment éviter les contacts directs et prolongés avec les jeunes
enfants (par exemple, les prendre sur vos genoux) et les femmes enceintes. »
D’après https://www.e-cancer.fr/Patients-et-proches/Les-cancers/Cancer-de-laprostate/Curietherapie/Quel-deroulement
4. À partir de l’exploitation des documents 2 et 3 et de vos connaissances :
4a- Réaliser sur le document en annexe la courbe de décroissance radioactive de
l’iode-125 représentant le pourcentage de l’activité restante en fonction du temps.
4b- Déterminer le temps de demi-vie de l’iode-125.
4c- L’activité des implants utilisés en curiethérapie est considérée comme faible
lorsque l’activité restante est inférieure à 15 % de l’activité initiale. Déterminer au
bout de combien de temps les implants auront une activité faible.
4d- Justifier la durée des précautions à prendre par le patient concernant son
entourage.
5. À l’aide de l’ensemble des documents, donner un intérêt d’utiliser l’iode-125 plutôt
que le radium pour la curiethérapie. Une réponse argumentée est attendue.
- la longueur d’un arc de cercle est proportionnelle à l’angle qui l’intercepte.
Document 4. Localisation des deux monts étudiés sur une vue de coupe de la Terre.

(arrondie au degré près).
A

Document réalisé sur GeoGebra. Latitudes d’après https://latitude.to
̂ puis déterminer la longueur ℓ de l’arc
en question 3 et 4.

Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1-question 4a
Réaliser la courbe de décroissance radioactive de l’iode-125 représentant le
pourcentage de l’activité restante en fonction du temps.
100
90

% de radioactivité restante

80
70
60
50
40
30
20
10
0
4

8

12

16

20

24

28

32

Temps (en semaine)

36

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00110191
L’épreuve comporte deux exercices notés chacun sur 10 points.
L’usage d’une calculatrice est autorisé.
Le sujet comprend une annexe de deux pages à rendre avec la copie.
Démontrer que a = 2√2𝑟
3-d Montrer que la masse volumique 𝜌 qu’aurait le diamant s’il possédait une
structure cubique à faces centrées vérifierait approximativement la formule :

𝜌 = 0,18 ×

𝑚
𝑟3

( avec m : masse d’un atome de carbone et r : rayon d’un atome de carbone
4- La masse volumique du diamant est 3,51x 103 kg.m-3. Indiquer si le diamant
possède une structure cubique à face centrée.
pression est comprise entre 5 et 12 GPa
(1 GPa = 1x109 Pa).
5- À l’aide du document 2 ci-dessous , estimer la profondeur minimale à partir de
laquelle les diamants peuvent se former.

D’après un modèle simplifié de la structure de la Terre

Exercice 2

La lumière cendrée de la Lune
Périodiquement la Lune nous présente un aspect des
plus surprenants. En plus d’une partie fortement
lumineuse correspondante à la phase lunaire, il est
possible d’apercevoir l’autre partie de la Lune. La
lumière qui nous parvient de cette partie plus sombre
est appelée « lumière cendrée de la Lune » (voir la
photographie).
Document 1. Observations de Galilée
« Je veux noter aussi un fait que j’ai observé, non sans un certain émerveillement :
presque au centre de la Lune se trouve une cavité plus grande que toute autre et
parfaitement circulaire [...] : dans son obscurcissement et dans son illumination, elle
présenterait le même aspect que celui de la Terre dans une région comparable à la
Bohème, si cette région était de tous côtés entourés de hautes montagnes et
disposée en cercle parfait. Dans la lune, en effet, la cavité est entourée de cimes si
élevées que la région extrême, attenante à la partie ténébreuse, se voit illuminée
par les rayons solaires, avant que la ligne de partage entre la lumière et l’ombre
atteigne le diamètre de la figure elle-même [...] ».
Galilée, Sidereus Nuncius, trad. de E. Namer, Paris : Gauthier-Villars, p. 73 sq.
« Chacun peut se rendre compte avec la certitude des sens, que la Lune est dotée
d’une surface non point lisse et polie, mais faite d’aspérités et de rugosités, et que
tout comme la face de la Terre elle-même, elle est toute en gros renflements,
gouffres profonds et courbures. »
Galilée, Sidereus Nuncius , trad. de E. Namer, Paris : Gauthier-Villars, 1964, p. 116
Figure 1 : dessins de la Lune extraits du livre “Sidereus nuncius” de Galilée.

Situation 1

Situation 2
D’après : https://media4.obspm.fr

Document 2. Observations de Léonard de Vinci
Il y a 500 ans de cela, Léonard de Vinci résolut une très ancienne énigme
astronomique : l'origine de la lumière cendrée, cette douce lueur qui baigne la partie
non éclairée de la Lune.
Peu de gens le savent, mais une des plus grandes manifestations du génie de
Léonard de Vinci n'a rien à voir avec la peinture ou l'ingénierie. Il s'agit en fait
d'astronomie : il a compris l'origine de la lumière cendrée.

On peut observer la lumière cendrée chaque nuit où la Lune est en croissant audessus de l'horizon, au coucher du soleil. Entre les pointes du croissant, vous
devinez comme une image fantomatique de la Lune. C'est la lumière cendrée, le
reflet sur la partie non éclairée de la Lune de la lumière renvoyée par la Terre.
Pendant des milliers d'années, les hommes se sont émerveillés devant cette
splendeur sans en comprendre la cause. Et il fallut attendre le 16e siècle pour que
Léonard de Vinci la comprenne.
Aujourd'hui, la réponse nous paraît évidente. Quand le Soleil se couche sur la Lune,
il se produit exactement la même chose que sur Terre : c'est la nuit. Mais pas une
nuit noire... Même quand le Soleil est couché, il y a encore une source de lumière
dans la nuit lunaire : la Terre bien sûr !
D’après https://www.cidehom.com/science_at_nasa.php?_a_id=224

Document 3. Calendrier du premier semestre 2021
Les disques noirs représentent les dates de nouvelle Lune et les disques blancs la
pleine Lune. Ces dates ont été effacées pour le mois de juin.

Source : https://www.lecalendrier.fr/
1- Les observations de Galilée (document 1)
1-a- Pour les deux situations (notées Situation 1 et Situation 2) dessinées par Galilée
sur la figure 1, représenter sur un schéma les positions de la Terre, de la Lune et du
Soleil.
1-b- Dessiner ce que Galilée aurait observé dans les deux situations de la figure 1 si
la surface de la Lune était parfaitement lisse.
1-c- Galilée a pu aisément comparer les observations qu’il a réalisées à différents
moments de l’année parce que la Lune présente toujours la même face à la Terre.
Voici plusieurs propositions pour expliquer ce phénomène :
(a) la Lune tourne sur elle-même avec la même période que celle de son mouvement
de rotation autour du Soleil ;
(b) la Lune tourne sur elle-même avec la même période que celle de son mouvement
de rotation autour de la Terre ;
(c) la Lune ne tourne pas sur elle-même tout en tournant autour de la Terre,
(d) la Lune reste fixe dans le ciel pour un observateur terrestre.

Recopier sur votre copie la bonne explication ; justifier votre réponse en vous
appuyant sur un schéma clair.
2- Les observations de Léonard de Vinci
2-a- Schématiser, sans souci d’échelle, les positions relatives de la Lune, du Soleil et
de la Terre dans la situation décrite par Léonard de Vinci dans le document 2.
2-b- À partir du document 2 et du schéma réalisé dans la question précédente,
expliquer comment un individu, sur Terre, peut observer la lumière cendrée de la
Lune.
2-c- Expliquer en quoi l’observation de la lumière cendrée montre que l'albedo de la
Terre n’est pas nul.
3- Période favorable à l’observation de la lumière cendrée
3-a- À partir des données figurant sur le calendrier du document 3, calculer la durée
moyenne, en jour, de l’intervalle de temps qui sépare deux pleines lunes successives.
3-b- En décrivant avec précision le raisonnement utilisé, déterminer une période de 10
jours a priori favorables à l’observation de la lumière cendrée pendant le mois de juin
2021.

Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1 : DIAMANT ET KIMBERLITE
Question 1. Observation des constituants d’une kimberlite à différentes
échelles

Question 2 (QCM)

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 01310191
Le sujet comprend une annexe à rendre avec la copie.


Exercice 1
Solutréen
-27000 ans
d’un isotope radioactif. Préciser si, pour un échantillon macroscopique contenant cet
isotope, la demi-vie dépend de la quantité d’isotopes présente initialement.
2. L’élément carbone présent dans le bois d’un végétal provient de l’air et a été assimilé
dans le végétal grâce à la photosynthèse au niveau des feuilles. En analysant le
document ci-dessous, justifier l’utilisation de la méthode de datation au carbone 14
pour dater les peintures ornant la paroi de cette grotte.
3. Compléter la courbe en annexe représentant la décroissance radioactive du nombre
d’atomes de 14C au cours du temps (annexe à rendre avec la copie – les coordonnées
des points calculés doivent être précisées).
désaccord entre les scientifiques sur la période de réalisation des peintures.

Résultats des mesures effectuées sur un fragment de charbon de bois prélevé dans
la grotte

Pour réaliser les peintures ornant les parois de la grotte, les êtres humains du
Paléolithique supérieur ont utilisé du charbon de bois.
qu’à 8,0 % de la quantité du 14C initialement présent dans l’échantillon.
Exercice 2

LA LUMIERE CENDREE DE LA LUNE
D’après : https://media4.obspm.fr

D’après https://www.cidehom.com/science_at_nasa.php?_a_id=224

de rotation autour de la Terre ;
(c) la Lune ne tourne pas sur elle-même tout en tournant autour de la Terre,

(d) la Lune reste fixe dans le ciel pour un observateur terrestre.
Recopier sur votre copie la bonne explication ; justifier votre réponse en vous
2021.


Annexe à rendre avec la copie
LA DATATION DE L’OCCUPATION D’UNE GROTTE PAR HOMO SAPIENS
Document réponse à rendre avec la copie


Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 02110251

Exercice 1
DÉTERMINATION DE L'ÂGE DE LA TERRE PAR BUFFON
Document 2. Tableau présentant un extrait des mesures réalisées par Buffon
Diamètre (en pouce)

1,5
À l’aide de ce modèle et sachant que le diamètre de la Terre est de 12 742 km,
calculer l’âge de la Terre (en année).

6- En utilisant le document 3, expliquer en quoi le modèle de Buffon utilisant des
boulets de fer n’est pas adapté pour déterminer l’âge de la Terre.

Document 3. Composition simplifiée des principales enveloppes terrestres
enveloppes terrestres

Croûte
7- Indiquer l’âge de la Terre estimé actuellement. Nommer la méthode utilisée
pour déterminer cet âge et décrire son principe.

Exercice 2
1910
http://www.jeanboudou.fr/blog/la-grande-decouverte-des-curie/

Le radium est un élément radioactif. On estime aujourd’hui sa demi-vie à 1622 ans.
1. À partir de vos connaissances, expliquer ce qu’est un élément radioactif.
2. Donner la définition de la demi-vie d’un élément radioactif.
5. À l’aide de l’ensemble des documents, donner un intérêt d’utiliser l’iode-125 plutôt
que le radium pour la curiethérapie. Une réponse argumentée est attendue.

Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1 - question 3
température actuelle » (en minute) en fonction du diamètre du boulet (en pouce).

Exercice 2 -question 4a
10
0

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 01810241
satellites, des astéroïdes sont en orbite. La distance entre ces objets et l’étoile a une
influence sur leur température de surface mais il semble que cela ne soit pas le seul facteur
entrant en jeu.
Document de référence : caractéristiques de quelques objets du système solaire :
ces mesures dans le tableau cidessous.
Tableau des mesures réalisées :
Distance à la lampe
(en mètres)
0,5
D’après : https://www.pierron.fr/news/fiches-tp-svt-2nd.html

* Luxmètre : appareil de mesure de l'éclairement lumineux comportant une cellule
** Lux (ou lx) : unité de mesure de l'éclairement lumineux (puissance lumineuse reçue par unité
de surface).

1- Le graphique de l’annexe 1 (à rendre avec la copie) permet de représenter les variations
de l’éclairement lumineux reçu par le capteur en fonction de la distance à la source
d’énergie. Reporter sur ce graphique les points expérimentaux obtenus dans le document 1.
2- À partir de l’allure du nuage de points obtenu à la question 1, un tableur permet de
de référence, choisir, parmi les affirmations suivantes, celle qui est correcte. L’écrire sur la
copie et justifier la réponse donnée
L’éclairement lumineux provenant du Soleil et reçu sur Venus est environ :
c) deux fois plus petit que celui reçu sur Terre
d) quatre fois plus petit que celui reçu sur Mercure

Partie 2 : confrontation du modèle mathématique à la réalité.
déduire une loi de variation de la température moyenne des planètes en fonction de leur
distance au soleil (voir le document 2)
Document 2 : Températures de surface de quelques objets proches du Soleil.
l’évolution de la température des planètes en fonction de leur distance au Soleil est bien
vérifiée ? Quelles propriétés ces objets ont-ils en commun ?
5- À partir de vos connaissances, expliquer qualitativement l’influence de l’albedo et de l’effet
de serre sur la température terrestre moyenne.
6- Proposer une explication du fait que la température de Vénus est anormalement élevée
par rapport aux autres objets considérés

Exercice 2
PERTE AUDITIVE APRÈS UN CONCERT
Fabrice a passé une soirée au concert donné par les élèves du lycée. Dans les semaines
qui suivent, il ressent une grande fatigue et ne semble pas toujours entendre les
questions qu’on lui pose. Ses parents lui reprochent d’écouter la musique trop fort.
Inquiet, Fabrice passe des examens médicaux fonctionnels et anatomiques.
En utilisant les documents :
1- Montrer que la perte auditive moyenne de Fabrice sur les deux oreilles est comprise
entre 40 et 45 dB.
2- Indiquer si les symptômes présentés par Fabrice correspondent à la perte auditive
constatée.
3- Expliquer l’origine physiologique de ces troubles en mobilisant vos connaissances.

Document 1. Audiogrammes de Fabrice
Un audiogramme permet d’évaluer la perte d’audition d’une personne mesurée en
décibel (dB) en fonction de la fréquence du son émis en Hertz (Hz). Il s’obtient par un
test réalisé chez un médecin spécialisé.
L’objectif du test est de mesurer, pour différentes fréquences, le niveau d’intensité
sonore minimal (seuil d’audition) pour que le son soit entendu par Fabrice. Les
fréquences sonores testées sont comprises entre 500 et 8 000 Hz.
Légende des audiogrammes :
: norme auditive moyenne
: réponse auditive de Fabrice lors du test médical

Seuil d'audition (en dB)

Audiogramme de l'oreille droite
0

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500

Fréquences (en Hz)

-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110

Seuil d'audition (en dB)

Audiogramme de l'oreille gauche
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500
100
110
120
Fréquences (en Hz)

Document 2. Méthode de calcul de la perte auditive moyenne sur les deux oreilles
- Pour chacune des fréquences 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz et 4000 Hz, et pour chaque
oreille, on calcule la différence entre l’intensité du son audible par le patient et la norme
auditive moyenne.
- On note Pmd la moyenne de ces 4 valeurs pour l’oreille droite et Pmg la moyenne de
ces valeurs pour l’oreille gauche.
- La fonction Python ci-dessous permet alors de calculer la perte auditive moyenne (sur
les deux oreilles) :
def Perte auditive moyenne
(Pmd,Pmg) :
if -15 <= Pmg-Pmd <= 15 :
Pm = 0.5 * Pmd + 0.5 * Pmg
else :
if Pmg – Pmd > 15 :
Pm = 0.7 * Pmd + 0.3 * Pmg
else :
Pm = 0.3 * Pmd + 0.7 * Pmg
return Pm

Document 3. Niveaux de surdité et symptômes associés
Degré de la
perte
auditive

Perte
auditive
moyenne

Symptômes, conséquences

Audition
"normale"

de 0 à 20
dB

Vous n'éprouvez aucune difficulté particulière, en
milieu calme ou bruyant.

Perte légère

de 20 à 40
dB

Vous avez des difficultés à percevoir les voix faibles
ou lointaines et les conversations, surtout lorsque
vous êtes en milieu bruyant.

de 40 à 70
dB

La perception des paroles devient difficile, il faut que
celles-ci soient fortes pour que vous puissiez les
comprendre aisément. Vous avez tendance à
augmenter le volume de la télévision, radio, mp3...
Suivre une conversation en groupe devient très
compliqué et fatiguant.

de 70 à 90
dB

Vous n'entendez pas les paroles, à moins que cellesci soient fortes ou proche de vous. Il est très difficile
pour vous de suivre une conversation, voire
impossible si vous n'êtes pas équipé d'aides
auditives. Certains sons forts restent audibles.

Perte
profonde

90 dB et +

La plupart des sons deviennent imperceptibles, quel
que soit l'environnement d'écoute. Vous n'arrivez pas
à communiquer, suivre une conversation est
impossible sans appareil auditif, certains sons
extrêmement forts restent toutefois audibles.

Surdité totale

120 dB

Aucune capacité d'audition mesurable.

Perte
moyenne

Perte sévère

D’après : https://www.laboratoires-unisson.com/perte-auditive-causes-et-consequence-de-la-perted-audition.html
Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1
Partie 1- Questions 1 et 2-b

Partie 1 – Question 2-a-

𝑑 ( en m)

0,6
0,8

1728

675

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 01420281

Exercice 1
DETERMINATION DE L’AGE DE LA TERRE AVEC ALGORITHME
Première Partie
Buffon est un scientifique du XVIIIe siècle. Voici un extrait de son Premier Mémoire :
Document 1 : Recherches sur le refroidissement de la Terre et des
planètes
En supposant, comme tous les phénomènes paraissent l’indiquer,
que la Terre ait été autrefois dans un état de liquéfaction causée par
le feu, il est démontré, par nos expériences, que si le globe était
entièrement composé de fer ou de matière ferrugineusea, il ne se
serait consolidé jusqu’au centre qu’en 4 026 ans, refroidi au point de
pouvoir le toucher sans se brûler en 46 991 ans ; et qu’il ne se serait
refroidi au point de la température actuelle qu’en 100 696 ans ; mais
comme la Terre, dans tout ce qui nous est connu, nous paraît être
composée de matières vitresciblesb et calcaires qui se refroidissent
en moins de temps que les matières ferrugineuses, […] on trouvera
que le globe terrestre s’est consolidé jusqu’au centre en 2 905 ans
environ, qu’il s’est refroidi au point de pouvoir le toucher en 33 911
ans environ, et à la température actuelle en 74 047 ans environ.
Buffon, G.-L. L. (s. d.). Supplément à la théorie de la terre.

a. Matière composée en grande partie de fer.
b. Qui peut être changé en verre.
1- Dans ce document 1, Buffon présente sa démarche pour trouver l’âge de la Terre.
Il modélise la Terre par une boule de matière en fusion qui se refroidit.
1-a- Indiquer les trois étapes du refroidissement de la Terre décrites par Buffon.
1-b- Donner les deux durées de refroidissement de la Terre jusqu’à la température
actuelle proposées par Buffon.
1-c- Donner l’argument sur lequel s’appuie Buffon pour réévaluer sa première
estimation de l’âge de la Terre.
décroissance radioactive. Lors de la formation de la Terre, de l’uranium naturel s’est
créé, en particulier l’isotope radioactif 235𝑈. L’examen de roches montre

qu’aujourd’hui, il reste environ 1 % de l’uranium 235 présent lors de la formation de la
Terre.
2- Le graphique du document-réponse 1 de l’annexe à rendre avec la copie
représente le nombre de noyaux d’uranium 235 restants en fonction du temps.
On note 𝑁0 le nombre de noyaux à l’instant initial 𝑡 = 0.
2-a- Sur ce graphique, repérer la demi-vie 𝑇1⁄2 de l’uranium 235. On fera
apparaître les traits de construction.
2-b- Sur ce graphique, graduer l’axe des abscisses en multiples de la demi-vie.
2-c- En utilisant ce graphique, estimer au bout de combien de demi-vies il ne reste
plus que 1 % des noyaux ? On notera sur la copie la bonne réponse parmi
les trois suivantes, sans justifier.
Réponse B : entre 3 et 5 demi-vies
Réponse C : entre 6 et 8 demi-vies
3 - Sachant que la demi-vie 𝑇1⁄2 de l’uranium 235 est de 0,704 milliard d’années,
proposer une estimation de l’âge de la Terre.
3- L’algorithme suivant modélise la décroissance radioactive de 𝑁0 = 1000 noyaux
d’uranium 235 au cours du temps :
N0 ← 1000
N ← N0
Nb_demi_vie ← 0
Tant que N > N0 × 0,01
Nb_demi_vie ← Nb_demi_vie + 1
𝑁
N←2
Fin Tant que
Déterminer la valeur contenue dans la variable Nb_demi_vie après exécution de cet
algorithme.

Exercice 2
LE SOLEIL, SOURCE DE VIE SUR TERRE ?
Le Soleil émet un rayonnement électromagnétique dans toutes les directions ; une
partie de ce rayonnement est reçue par la Terre et constitue une source d’énergie
essentielle à la vie. De même, l’atmosphère terrestre contribue à créer des conditions
propices à la vie sur Terre.
Partie 1. Le rayonnement solaire
La relation entre la température en degré Celsius θ (°C) et la température absolue T
en Kelvin (K) est : T(K) = 273 + θ(°C)
Le Soleil peut être modélisé par un corps noir, qui émet un rayonnement thermique
correspondant à une température d’environ 5800 K.
La loi de Wien est la relation entre la température de surface T d’un corps et la
longueur d’onde λmax au maximum d’émission :
λmax × T = 2,90 ×10-3 m.K avec T en Kelvin et λmax en m
Document 1 : spectre du rayonnement émis par le Soleil en fonction de la longueur
d’onde

D’après

https://www.ilephysique.net/img/forum_img/0258/forum_258713_1.jpg

1- Déterminer approximativement, à partir du document 1, la valeur de la longueur
d’onde correspondant au maximum d’intensité du rayonnement solaire hors

2- Justifier par un calcul que dans l’hypothèse où le soleil est modélisé par un corps
noir, sa température de surface est voisine de 5800 K.
Document 2 : schéma du bilan énergétique terrestre
Le schéma ci-dessus présente les flux énergétiques émis, diffusés et réfléchis par les différentes
parties de l’atmosphère. L’albédo terrestre moyen est de 30 %.
Les flèches pleines correspondent à des transferts radiatifs. Les flèches hachurées correspondent
à des transferts mixtes- radiatifs et non radiatifs.
Sont précisés : les puissances par unité de surface associées à chaque transfert et le
pourcentage qu’elles représentent relativement à la puissance solaire incidente (342 W∙m-2)

Document créé par l’auteur

3- Définir, l’albédo terrestre à l’aide de vos connaissances,.
4- À partir des valeurs indiquées dans le document 2, montrer que le bilan énergétique

est égale à celle qu’elle fournit à l’extérieur. Montrer que cela est également le cas
pour le système global Terre-atmosphère.

Partie 2. La conversion de l’énergie solaire
Document 4 : spectre des chlorophylles
Les organismes chlorophylliens renferment
de nombreux pigments
photosynthétiques comme les chlorophylles a et b, et les caroténoïdes. En faisant
traverser par de la lumière blanche (spectre 1), des solutions contenant chacune un
seul de de ces pigments, on obtient les spectres suivants : chlorophylle a (spectre
2), chlorophylle b (spectre 3) et caroténoïdes (spectre 4).

D’après http://www.snv.jussieu.fr/bmedia/Photosynthese/exp233.html

5- Pour chacune des propositions suivantes (5.1 à 5.3), indiquer la bonne
réponse.
5-1- Ces différents spectres nous permettent alors :
a- de déterminer la température de la plante.
b- d’en déduire la composition chimique des pigments.
c- d’en déduire les longueurs d’ondes absorbées par chaque pigment
photosynthétique.
d- d’en déduire la quantité de chaque pigment.
5-2- Dans la cellule, l’énergie solaire captée par les pigments photosynthétiques :
a- permet la synthèse de la matière minérale.
b- permet la synthèse de la matière organique.
c- permet la consommation de matière organique.
d- permet la consommation de dioxygène.

5-3- L’être humain est dépendant de l’énergie solaire utilisée par les plantes pour son
fonctionnement car, en présence de lumière et lors de la photosynthèse,n les
plantes produisent :
a- matière organique et O2 .
b- matière organique et CO2 .
c- matière minérale et O2 .
d- matière minérale et CO2.

Annexe à rendre avec la copie
Exercice : DETERMINATION DE L’AGE DE LA TERRE AVEC ALGORITHME
Question 2
Document-réponse à compléter : nombre de noyaux radioactifs d’uranium 235
non désintégrés en fonction du temps
𝑁0

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 01010551
Exercice 1

BEETHOVEN ET LA MUSIQUE
Beethoven est un compositeur allemand qui a composé la neuvième symphonie en 1823.
L’hymne européen, un arrangement de l'Ode à la joie, est le dernier mouvement de cette
symphonie.

Document 1 : la neuvième symphonie
Figure 1a : Extrait de la partition de la neuvième symphonie et fréquences des
notes jouées

Notes jouées :
la3 si3
Fréquences :
(en Hz)

si3 si3

do4 ré4

ré4

494

523

587

do4 si3

la3

sol3 sol3
440

392

Source : http://www.nelpallone.net/partition-piano-ode-à-la-joie-beethoven.html

Figure 1b : spectre et signal du son d’une note jouée au piano pendant la 9 e
symphonie

Source : http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Ondes/general/synthese.html

1- On s’intéresse à une note jouée au piano, dont le spectre et le signal sont donnés
en figure 1b.
1-a- Ce son est-il pur ou composé ? Justifier.
1-b- Montrer que la note jouée correspond au do4.
2- Le spectre de la figure 1b présente quatre pics notés A, B, C et D.
2-a- Quelle est la valeur de la fréquence associée au pic A ? Justifier.

2-b- Quelle est la valeur de la fréquence associée au pic C ? Justifier.
3- L’extrait de la neuvième symphonie (figure 1a) est joué sur les octaves 3 et 4.
Ainsi, la note do4 indique que la note jouée est le do de la quatrième octave.
La succession des notes des octaves 3 et 4 de la gamme à tempérament égal
(également appelée gamme tempérée) est donnée dans un tableau dans le
document réponse de l’annexe.
Deux notes successives sont séparées d’un demi-ton, ce qui correspond à un
12
intervalle de fréquence de racine douzième de 2, notée √2 ou 21/12.
Compléter le tableau en calculant les fréquences manquantes arrondies à l’unité
dans l’annexe à rendre avec la copie.
4- Une grande partie de la neuvième symphonie est chantée. Un baryton ne peut
chanter que des notes dont les fréquences sont comprises entre 130 Hz et 400 Hz.
On souhaite transposer l’extrait de la partition (document 1, figure 1a) afin que ce
baryton puisse la chanter.
On rappelle que la transposition musicale consiste à décaler les fréquences de
toutes les notes vers l’aigu ou le grave en les multipliant ou les divisant par un
nombre fixé de demi-tons.
4-a- Justifier que le baryton ne peut pas chanter la note la plus aiguë de la partition
donnée.
4-b- L’algorithme ci-contre permet de déterminer le
Algorithme :
1/12
nombre N de demi-tons (2 ) de l’intervalle minimal
pour réaliser cette transposition.
En arrondissant les valeurs des fréquences F à
F ← 587
l’unité, compléter le tableau du document
N← 0
réponse à rendre avec la copie en écrivant les Tant que F > 400 faire :
F
valeurs des différentes variables au fur et à
F← 1
mesure de l’algorithme.
2 ⁄12
4-c- Conclure en donnant le nombre de demi-tons
correspondant à cette transposition.

N← N+1
Fin Tant que
lave : le basalte 1 se trouvait en surface de la coulée, et le basalte 2 plus en
profondeur.
du verre (en noir sur la photographie).

Document 2. Comparaison des deux basaltes d’Hawaï observés à la même échelle
du verre (en noir sur la photographie).

1- Mettre en relation la proportion de verre et la taille des cristaux avec les conditions
de refroidissement de ces deux échantillons de roches.
an. Avant l’utilisation du GPS, les géologues mesuraient le déplacement de
différentes façons.
se sont érodées : elles s’élèvent toujours depuis le fond de la mer mais sans
atteindre la surface de l’océan Pacifique. Ces monts sous-marins forment les monts
de l’Empereur.

L’âge de chaque mont de l’Empereur, exprimé en million d’années (Ma), est indiqué
entre parenthèses.

D’après http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt, schéma de Alain Gallien, document modifié
2- a- Indiquer la latitude du mont Jingu.
2- b- Indiquer la longitude de l’île d’Hawaï.Pour calculer la vitesse de déplacement de
la plaque Pacifique, on peut utiliser la position et l’âge de deux monts de l’Empereur
(en millions d’années).
3- Calculer la vitesse moyenne de déplacement de la plaque Pacifique entre la
formation des monts Suiko et Koko. Pour cela, utiliser l’échelle fournie sur le
document 3 et mesurer sur la carte les distances à l’aide d’une règle graduée.
Le déplacement de la plaque correspond à un déplacement sur une surface
- le rayon terrestre est : RT = 6371 km ;
- la longueur d’un arc de cercle est proportionnelle à l’angle qui l’intercepte.

Document 4. Localisation des deux monts étudiés sur une vue de coupe de la Terre.

(arrondie au degré près).
A
Document réalisé sur GeoGebra. Latitudes d’après https://latitude.to
̂ puis déterminer la longueur ℓ de l’arc
Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1
Question 3Tableau à compléter :
Note

ré3

ré3#

mi3

fa3

fa3#

sol3

sol3#
la3

la3#

si3

do4

do4#
ré4

Fréquence
(en Hz)

294

311
330

34
9

37
0
392

415
440

466
523

554
587

Question 4-b
Tableau à compléter :
F
587
N
0

Condition
F > 400

VRAI

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00620101
L’usage d’une calculatrice est autorisé.
Le sujet comprend une annexe de deux pages à rendre avec la copie.

Exercice 1
EFFET DE SERRE ET TEMPERATURE TERRESTRE

La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du soleil. Cette énergie conditionne sa
température de surface mais ce n’est pas l’unique facteur influençant cette
température de surface.
La surface terrestre émet un rayonnement qui participe à l’effet de serre
atmosphérique.
Document 1 : L’émission d’un rayonnement infrarouge par la surface terrestre.
La surface terrestre reçoit l’énergie du soleil par rayonnement. Une partie de cette
énergie est absorbée par le sol. Comme tout corps, le sol terrestre réémet à son tour
de l’énergie, sous la forme d’un rayonnement infrarouge. L’essentiel du rayonnement
thermique de la Terre se situe dans l’infrarouge thermique.
Le domaine de l'infrarouge est relativement étendu puisqu'il couvre les longueurs
d'onde de 700 à 100 000 nm. Dans cette fourchette de longueurs d'onde, il existe
quatre types d'infra-rouges dont l’infrarouge thermique (4000 nm à 15 000 nm).
Document 2 : Graphique
représentant la puissance
du rayonnement
infrarouge thermique (IR)
émis vers l’espace par la
Terre, en fonction de la
longueur d’onde.
La courbe en traits
pointillés représente le
spectre d’émission au
niveau du sol ; la courbe
en trait continu représente
le spectre du
rayonnement après
traversée de
l’atmosphère.
Source : https://svt.ac-versailles.fr/spip.php?article258

Question : En exploitant les documents 1 et 2, compléter le schéma fourni en
annexe (annexe à rendre avec la copie) et rédiger un texte argumenté qui explique
comment l’effet de serre influence la température moyenne de surface de la Terre. La
longueur de la réponse ne doit pas excéder une page.
Précisions : Sur le schéma, les rayonnements qui interviennent dans l’effet de serre
atmosphérique seront représentés schématiquement par des flèches : Les

thermiques émis par les différents corps en présence (sol, atmosphère, nuages) le
seront dans un autre couleur afin de les distinguer. Le domaine spectral dominant
(infrarouge ou visible) sera indiqué clairement sur le schéma. Aucune valeur
numérique n’est attendue.

Exercice 2

Document 1 : la neuvième symphonie
Figure 1a : Extrait de la partition de la neuvième symphonie et fréquences des notes
jouées

sol3 sol3
2- Le spectre de la figure 1b présente quatre pics notés A, B, C et D.
2-a- Quelle est la valeur de la fréquence associée au pic A ? Justifier.
2-b- Quelle est la valeur de la fréquence associée au pic C ? Justifier.

3- L’extrait de la neuvième symphonie (figure 1a) est joué sur les octaves 3 et 4.
intervalle de fréquence de racine douzième de 2, notée √2 ou 21/12.
Compléter le tableau en calculant les fréquences manquantes arrondies à l’unité
dans le document réponse à rendre avec la copie.
nombre N de demi-tons (2 ) de l’intervalle minimal
pour réaliser cette transposition.
En arrondissant les valeurs des fréquences F à F ← 587
N← N+1
Fin Tant que

Annexe à rendre avec la copie
Exercice : EFFET DE SERRE ET TEMPERATURE TERRESTRE
Représentation schématique des rayonnements intervenant dans l’effet de
serre.

Le schéma est réalisé dans le cas particulier d’une surface rocheuse nonréfléchissante.

EXERCICE BEETHOVEN ET LA MUSIQUE


sol3#

do4#

311
37
0

415

466

554
Tableau à compléter :
F
587
N

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 01410342
DÉTERMINATION DE L’ÂGE DE LA TERRE
Première Partie
Buffon est un scientifique du XVIIIe Siècle, voici un extrait de son premier mémoire.
Document 1. Recherches sur le refroidissement de la Terre et des planètes
En supposant, comme tous les phénomènes paraissent l’indiquer, que la Terre
ait été autrefois dans un état de liquéfaction causée par le feu, il est démontré,
par nos expériences, que si le globe était entièrement composé de fer ou de
matière ferrugineusea, il ne se serait consolidé jusqu’au centre qu’en 4 026 ans,
refroidi au point de pouvoir le toucher sans se brûler en 46 991 ans ; et qu’il ne
se serait refroidi au point de la température actuelle qu’en 100 696 ans ; mais
comme la Terre, dans tout ce qui nous est connu, nous paraît être composée de
matières vitresciblesb et calcaires qui se refroidissent en moins de temps que
les matières ferrugineuses, […] on trouvera que le globe terrestre s’est
consolidé jusqu’au centre en 2 905 ans environ, qu’il s’est refroidi au point de
pouvoir le toucher en 33 911 ans environ, et à la température actuelle en 74
047 ans environ.
a. Matière composée en grande partie de fer.
b. Qui peut être changé en verre.

estimation de l’âge de la Terre.
2- À partir d’expériences, Buffon établit les données contenues dans le tableau cidessous, donnant le temps de refroidissement « au point de pouvoir la toucher sans
se brûler » (en minute) d’une boule de fer en fonction de son diamètre (en demipouces).

Document 2.Temps de refroidissement « au point de pouvoir toucher sans se
brûler »
Diamètre 𝑑 (en demi-pouce)
1
3
9
(en minute)
12

58

102

156

205

Dans le repère du document-réponse de l’annexe, placer les points représentant les
données du tableau, puis tracer la droite passant par les points d’abscisses 3 et 9.
Des méthodes de datation de l’âge de la Terre plus récentes font intervenir la
décroissance radioactive. Lors de la formation de la Terre, de l’uranium naturel s’est
créé, en particulier l’isotope radioactif 235U. L’examen de roches montre

5- Sachant que la demi-vie 𝑇1⁄2 de l’uranium 235 est de 0,704 milliard d’années,
proposer une estimation de l’âge de la Terre.

Exercice 2
UN DÉCRET QUI FAIT GRAND BRUIT
« À partir d'aujourd'hui, les salles de spectacles, mais aussi les cinémas et les festivals vont
devoir limiter le maximum de leur volume sonore, en le baissant de 105 décibels (c'était
jusqu'ici la norme) à 102. C'est donc 3 décibels en moins. Cela n'a l'air de rien comme ça,
mais cela revient tout de même à diviser par deux l’intensité sonore. 102 décibels, cela reste
toutefois encore beaucoup. Beaucoup trop disent certains, des médecins notamment, qui
rappellent par exemple qu'un marteau piqueur équivaut à 100 décibels. » (D’après extrait
d’un article : https://www.rtl.fr publié le 01/10/2018)

1- À partir du document 1 et de vos connaissances, expliquer pourquoi il est
nécessaire de baisser le niveau sonore dans les salles de spectacles. Une réponse
argumentée et structurée est attendue.
Document 1. Vues de surface d'une cochlée de chat avant et après des
traumatismes auditifs
La cochlée représente la partie auditive de l'oreille interne. On observe une cochlée
de chat au microscope électronique à balayage dans différentes conditions.
Partie de cochlée
normale
CCI

On observe une
rangée de cellules
ciliées internes (CCI)
et 3 rangées de
cellules ciliées
externes (CCE).

CCE

Les cellules ciliées
sont toutes visibles.
Cils vibratiles des cellules de la CCE
Partie de cochlée
après une exposition à
un son pur de 8 kHz à
120 dB pendant 20
minutes
Les cils vibratiles des
cellules ciliées internes
sont absents ainsi que
certains des cellules
ciliées externes

CCI
CCE

D’après http://www.ipubli.inserm.fr/bitstream/handle/10608/4361/MS_1991_4_357.pdf?sequence=1

2- À partir de vos connaissances et des documents 2, 3 et 4, expliquer les
précautions à adopter afin de réduire les risques d’un traumatisme sonore au niveau
de l’oreille interne. Une réponse argumentée et structurée est attendue.
Document 2. Effet d’un bouchon d’oreille sur le niveau sonore d’un son au sein de
l’oreille interne en fonction de sa fréquence

Niveau sonore (dB)

60

Son sans
protection
(dB)

50
40

Son avec
bouchon
mousse
(dB)
Son avec
bouchon
silicone (dB)

0

-10

10
100

1000

10000

Fréquence (Hz)

D’après https://www.lesnumeriques.com/accessoire-audio/risques-auditifs-quelle-protection-auditive-choisir-a3795.html

Document 3. Durées admissibles d’exposition quotidienne au bruit

Le document 3 indique la durée
admissible d’exposition quotidienne au
bruit à différents niveaux d’intensité en
décibels (dB). Au-dessous de 80 dB, il
n’y a pas de risque de dégradation
brutale de l’audition.
D’après https://www.journeeaudition.org/pdf/guide-jeunes.pdf

Document 4. Évolution du niveau sonore en fonction de la distance à la scène
du concert
110
Niveau sonore (dB)

100
90
50
40
0
5

10

15
20

25

30

Distance (m)

3- Louise écoute son groupe de rock préféré et ne veut rien rater du concert dont elle
ne connait pas la durée exacte.
Pour cela, elle se met au plus près de la scène à une distance d’environ 1,0 m.
Les mesures effectuées par les techniciens de la salle montrent que le groupe
respecte la nouvelle législation en vigueur : le niveau sonore à l’endroit où est Louise
est de 101 dB. Pourtant au bout de quelques minutes, Louise ressent une gêne et
décide de s’éloigner un peu de la scène.
À partir des documents 3 et 4, déterminer graphiquement à quelle distance de la
scène Louise doit se placer pour être sûre de ne subir aucun risque de dégradation
brutale de son audition.

Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1 – question 2

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 02810342
Exercice 1

https://www.ilephysique.net/img/forum_img/0258/forum_258713_1.jpg

1- Déterminer approximativement, à partir du document 1, la valeur de la longueur
d’onde correspondant au maximum d’intensité du rayonnement solaire hors
atmosphère ?
2- Justifier par un calcul que dans l’hypothèse où le soleil est modélisé par un corps
Le schéma ci-dessus présente les flux énergétiques émis, diffusés et réfléchis par les différentes
parties de l’atmosphère. L’albédo terrestre moyen est de 30 %.
Les flèches pleines correspondent à des transferts radiatifs. Les flèches hachurées
correspondent à des transferts mixtes- radiatifs et non radiatifs.

3- Définir, l’albédo terrestre à l’aide de vos connaissances,.

4- À partir des valeurs indiquées dans le document 2, montrer que le bilan énergétique
à la surface de la Terre est équilibré, autrement dit que la puissance que la Terre reçoit
est égale à celle qu’elle fournit à l’extérieur. Montrer que cela est également le cas
Document 4 : spectre des chlorophylles
Les organismes chlorophylliens renferment
de
nombreux pigments
d- matière minérale et CO2.
Exercice 2
UN DÉCRET QUI FAIT GRAND BRUIT
« À partir d'aujourd'hui, les salles de spectacles, mais aussi les cinémas et les
festivals vont devoir limiter le maximum de leur volume sonore, en le baissant de 105
décibels (c'était jusqu'ici la norme) à 102. C'est donc 3 décibels en moins. Cela n'a
l'air de rien comme ça, mais cela revient tout de même à diviser par deux l’intensité
sonore. 102 décibels, cela reste toutefois encore beaucoup. Beaucoup trop disent
certains, des médecins notamment, qui rappellent par exemple qu'un marteau
piqueur équivaut à 100 décibels. » (D’après extrait d’un article : https://www.rtl.fr
publié le 01/10/2018)
normale
CCE
cellules ciliées
externes (CCE).
Les cellules ciliées
sont toutes visibles.


CCI
silicone (dB)

10
Fréquence (Hz)

D’après https://www.lesnumeriques.com/accessoire-audio/risques-auditifs-quelle-protection-auditivechoisir-a3795.html
D’après https://www.journeeaudition.org/pdf/guide-jeunes.pdf

Document 4. Évolution du niveau sonore en fonction de la distance à la scène du
concert
110
100
90
80
70

40
0

15
brutale de son audition.

Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00410072

Exercice 1
SEUL SUR MARS
En 2035, lors d’une expédition de la mission Ares III sur Mars,
l’astronaute Mark Watney est laissé pour mort par ses
coéquipiers, une tempête les ayant obligés à décoller de la
planète en urgence.
Le lendemain, Mark Watney, qui n’est que blessé, se réveille et
découvre qu’il est seul sur Mars.
Pour survivre, il décide de cultiver des pommes de terre sous le
dôme de la base, en utilisant le sol martien fertilisé avec les
excréments de l’équipage, de l’eau et l’énergie solaire.
Source : http://www.allocine.fr/film/fichefilm-221524/dvd-blu-ray/?cproduct=443240

Partie 1. Puissance rayonnée par le Soleil
Le Soleil, d’une masse totale de 2,0×1030 kg, est l’étoile du système solaire. Il est
composé majoritairement d’atomes d’hydrogène H et d’atomes d’hélium He. Autour de
lui gravitent la Terre et d’autres planètes comme Mars. La puissance rayonnée par le
Soleil est voisine de 3,9×1026 W.
Document 1. Réaction nucléaire de synthèse de l’hélium à partir de l’hydrogène dans
le Soleil
Sous l’effet de la température suffisamment élevée existant au cœur du Soleil, quatre
atomes d’hydrogène peuvent réagir pour former un atome d’hélium et deux électrons
selon l’équation de la réaction nucléaire simplifiée, dans laquelle -10e représente un
électron :
4 11H → 42He + 2

0
-1e

Cette réaction s’accompagne d’une perte de masse et donc d’un dégagement
d’énergie.
1- Indiquer en le justifiant, si la formation de l’hélium dans le Soleil est une réaction de
fusion ou de fission nucléaire.
2- À l’aide de la relation d’Einstein précisant l’équivalence masse-énergie, calculer en
kilogramme la masse solaire perdue par seconde.
Donnée : vitesse de la lumière c = 3,0×108 m·s–1
Partie 2. Puissance solaire reçue par Mars
La base martienne de la mission Ares III est alimentée en énergie par des panneaux
solaires qui captent le rayonnement solaire arrivant sur le sol martien. On souhaite
connaître la puissance reçue par ces panneaux solaires.

3- Sachant que la planète Mars est située à la distance dM-S = 2,3×108 km du Soleil, et
à partir des données de la partie 1, calculer en W·m-2 la puissance par unité de surface
traversant la sphère dont le centre est le Soleil et dont le rayon est dM-S. Cette
puissance par unité de surface appelée constante solaire de Mars et notée CMars .
Donnée : aire S d’une sphère de rayon d : S = 4×π×d²
Document 2. Schéma d’un disque recevant une puissance solaire égale à celle
reçue par Mars
La puissance solaire reçue par Mars traverse un disque
fictif de rayon RMars et se répartit ensuite sur toute la
surface de la sphère martienne de rayon RMars. Celle-ci est
en rotation sur elle-même.
On peut considérer que le disque fictif est situé à la même
distance du Soleil que Mars.
Source : Daujean, C. D., & Guilleray, F. G. (2019). Le bilan
radiatif terrestre. In Hatier (Éd.), Enseignement
scientifique (p. 101). Paris, France: Hatier.
4- La puissance solaire moyenne reçue sur Mars par unité de surface est proche de
CMars/4 ; sa valeur est voisine de 150 W·m-2. Expliquer qualitativement pourquoi cette
puissance moyenne par unité de surface est plus petite que CMars.
Partie 3. Des pommes de terre sur Mars
Le dôme de la base martienne permet de recréer l’atmosphère terrestre. Grâce à un
ingénieux système permettant de fournir l’eau nécessaire à la croissance des végétaux
et à un éclairage adapté alimenté en électricité par les panneaux solaires, Mark
Watney, botaniste de formation, décide de réaliser une culture végétale qui lui fournira
de la nourriture nécessaire à sa survie.
5- À partir de l’exploitation des résultats expérimentaux du document 3, identifier un
facteur essentiel à la production de glucides par la plante.

Document 3. Fixation du CO2 par une feuille
Une feuille est mise au contact en son centre avec du CO 2 marqué au 14C radioactif
durant 5 minutes. Le CO2 marqué peut diffuser dans la feuille à partir de la zone
centrale. Seule la moitié de la feuille est exposée à la lumière. La technique
d’autoradiographie permet de localiser des sucres radioactifs qui impressionnent
fortement une plaque photographique mise au contact de la feuille (zone sombre sur
le document).

D’après : http://svt.ac-dijon.fr/schemassvt/IMG/gif/co2_feuill_maz.gif

6- Au 79ème jour, Mark Watney récolte les tubercules de pomme de terre, qui ont stocké
de l’énergie sous forme chimique.
Calculer le nombre de jours d’autonomie dont dispose Mark Watney grâce à sa récolte
de pommes de terre avant qu’une nouvelle mission ne vienne le récupérer sur Mars.
Expliciter la démarche.
Données :
- surface du champ de pommes de terre : S = 126 m²
- rendement* de la pomme de terre : r = 3 kg·m-2
* En agriculture, on appelle rendement la masse végétale récoltée par unité de surface
et par saison.
- apport énergétique des pommes de terre : A = 3400 kJ·kg-1
- dépense énergétique moyenne par sol martien de Mark Watney : D = 11000 kJ

Exercice 2
Histoire de l’âge de la Terre
« La Terre a un âge et cet âge a une histoire peu banale. Calculé à 4000 ans avant
J.-C. à la Renaissance, il sera estimé à quelques dizaines de millions d’années à la
fin du XIXème siècle. Il est maintenant fixé à 4,55 milliards d’années. Comment notre
planète a-t-elle pu vieillir de plus de 4 milliards d’années en 400 ans ? ».
Krivine, H. Histoire de l’âge de la Terre. En ligne : http://www.cnrs.fr

L’objectif de l’exercice est d’analyser différents arguments, scientifiques ou non, sur
lesquels on s’est appuyé, au cours de l’histoire, pour évaluer l’âge de la Terre.
Document 1 - L’âge biblique.
« Pour Aristote [4e siècle av. J.-C.], la Terre a toujours existé, tandis que les grandes
religions monothéistes (juive, chrétienne et musulmane) introduisirent une création du
monde. Notons qu’à la différence de la chronologie moderne, il s’agissait de
l’apparition quasi-simultanée de l’Univers, de la Terre, des plantes, des animaux, du
genre humain. Pour les savants de la Renaissance, le récit biblique, incontestable,
était la seule base de calcul possible. La Bible contient une chronologie détaillée des
premières générations : Adam a vécu 930 ans, il enfanta Seth à l’âge de 130 ans, qui
engendra Énoch à 105 ans, qui engendra Qénân à 90 ans, etc. Il est alors facile de
déduire la date de naissance de Noé : 1 056 ans après la création. Comme Noé avait
600 ans quand arriva le Déluge, ce dernier est daté de 1 656 ans après la Création.
Abraham naît 292 années plus tard. [...] Donnons quelques dates de naissance [de la
Terre] établies sur cette base : 3993 av. J.-C., selon Johannes Kepler (1571-1630),
3998 av. J.-C., selon Isaac Newton (1643-1727), 4004 av. J.-C., selon l’archevêque
anglican James Ussher [en 1650]. »
Krivine, H. L'Âge de la Terre.

Document 2 - Les temps de sédimentation et d’érosion par Charles Darwin (1859)
« Ainsi que Lyell l’a très justement fait remarquer, l’étendue et l’épaisseur de nos
couches de sédiments sont le résultat et donnent la mesure de la dénudation1 que
la croûte terrestre a éprouvée ailleurs. Il faut donc examiner par soi-même ces
énormes entassements de couches superposées, étudier les petits ruisseaux
charriant de la boue, contempler les vagues rongeant les antiques falaises, pour se
faire quelque notion de la durée des périodes écoulées [...]. Il faut surtout errer le
long des côtes formées de roches modérément dures, et constater les progrès de
leur désagrégation. [...] Rien ne peut mieux nous faire concevoir ce qu’est
l’immense durée du temps, selon les idées que nous nous faisons du temps, que la
vue des résultats si considérables produits par des agents atmosphériques2 qui
nous paraissent avoir si peu de puissance et agir si lentement. Après s’être ainsi
convaincu de la lenteur avec laquelle les agents atmosphériques et l’action des
vagues sur les côtes rongent la surface terrestre, il faut ensuite, pour apprécier la
durée des temps passés, considérer, d’une part, le volume immense des rochers

qui ont été enlevés sur des étendues considérables, et, de l’autre, examiner
l’épaisseur de nos formations sédimentaires. [...]
J’ai vu, dans les Cordillères, une masse de conglomérat3 dont j’ai estimé
l’épaisseur à environ 10 000 pieds [3 km] ; et, bien que les conglomérats aient dû
probablement s’accumuler plus vite que des couches de sédiments plus fins, ils ne
sont cependant composés que de cailloux roulés et arrondis qui, portant chacun
l’empreinte du temps, prouvent avec quelle lenteur des masses aussi
considérables ont dû s’entasser. [...] M. Croll démontre, relativement à la
dénudation produite par les agents atmosphériques, en calculant le rapport de la
quantité connue de matériaux sédimentaires que charrient annuellement certaines
rivières, relativement à l'entendue des surfaces drainées, qu'il faudrait six millions
d'années pour désagréger et pour enlever […] une épaisseur de 1 000 pieds
[35 mètres] de roches. Un tel résultat peut paraitre étonnant, et le serait encore si,
d'après quelques considérations qui peuvent faire supposer qu'il est exagéré, on le
réduisait à la moitié ou au quart. Bien peu de personnes, d'ailleurs, se rendent un
compte exact de ce que signifie réellement un million. »
Darwin, C. (1859) L'Origine des espèces. Chapitre “Du laps de temps écoulé, déduit de
l’appréciation de la rapidité des dépôts et de l’étendue des dénudations”.

Quelques précisions
1 – La dénudation correspond à l’effacement des reliefs par érosion.
2 - Les agents atmosphériques désignent les agents responsables de l’érosion comme la pluie,
le gel, le vent.
3 - Un conglomérat est une roche issue de la dégradation mécanique d'autres roches et
composée de sédiments liés par un ciment naturel.

Document 3 – Âge de la Terre et évolution biologique par Charles Darwin (1859).
« Sir W. Thompson4 admet que la consolidation de la croûte terrestre ne peut pas
remonter à moins de 20 millions ou à plus de 400 millions d'années, et doit être
plus probablement comprise entre 98 et 200 millions. L'écart considérable entre
ces limites prouve combien les données sont vagues, et il est probable que
d'autres éléments doivent être introduits dans le problème. M. Croll estime à 60
millions d'années le temps écoulé depuis le dépôt des terrains cambriens5 ; mais, à
en juger par le peu d'importance des changements organiques6 qui ont eu lieu
depuis le commencement de l'époque glaciaire, cette durée parait courte
relativement aux modifications nombreuses et considérables que les formes
vivantes ont subies depuis la formation cambrienne. Quant aux 140 millions
d'années antérieures, c'est à peine si l'on peut les considérer comme suffisantes
pour le développement des formes variées qui existaient déjà pendant l'époque
cambrienne. [...]. Je considère les archives géologiques7, selon la métaphore de
Lyell, comme une histoire du globe incomplètement conservée, écrite dans un
dialecte toujours changeant, et dont nous ne possédons que le dernier volume
traitant de deux ou trois pays seulement. Quelques fragments de chapitres de ce
volume et quelques lignes éparses de chaque page sont seuls parvenus jusqu'à
nous. Chaque mot de ce langage changeant lentement, plus ou moins différent
dans les chapitres successifs, peut représenter les formes qui ont vécu, qui sont

Darwin, C. (1859). L’origine des espèces, Chapitre “De l'apparition soudaine de groupes d'espèces
alliées dans les couches fossilifères les plus anciennes”.

Quelques précisions
4 - Sir W. Thompson (1824-1907), également appelé Lord Kelvin, était un physicien renommé qui a
estimé l’âge de la Terre par le temps de refroidissement des matériaux qui la compose.

5 - Les terrains cambriens désignent des roches datées de l’époque du Cambrien
(période géologique très ancienne).
6 - Les changements organiques désignent les variations de caractères liés à
l’évolution des espèces qui peuvent être observées en comparant des fossiles
présents dans des strates géologiques successives (donc d’âges différents).
7 - Les archives géologiques désignent les roches que l’on peut observer
actuellement et qui nous permettent de reconstituer le passé par l’étude de ce qui
les compose (fossiles, disposition des strates…).
1- En comparant les documents 1 et 2, identifier parmi les argumentations fournies
celles que l’on peut qualifier de scientifiques. Justifier.
2- À partir des documents 2 et 3, présenter les différents arguments développés par
Charles Darwin lui permettant d’avancer l’idée d’un âge de la Terre plus important
que celui formulé par Sir W. Thompson, également nommé Lord Kelvin.
3- Aujourd’hui, on estime l’âge de la Terre à 4,5 109 ans. Indiquer une méthode
utilisée pour déterminer cet âge et décrire son principe.

Épreuve commune de contrôle continu
Enseignement scientifique
Sujet 02110491
L’épreuve comporte deux exercices notés chacun sur 10 points.
L’usage d’une calculatrice est autorisé.
Ce sujet comporte une annexe à rendre avec la copie.
Exercice 1
DÉTERMINATION DE L’ÂGE DE LA TERRE
Cet exercice propose d’étudier une méthode historique de détermination de l’âge de la Terre
proposée par Buffon au 18e siècle et de la mettre en perspective avec une méthode actuelle.
Document 1. Description du protocole expérimental mis en œuvre par Buffon
« J'ai fait faire dix boulets de fer forgé et battu :
Le premier d'un demi-pouce de diamètre. Le second d'un pouce. Le troisième d'un pouce et
demi. Le quatrième de deux pouces. Le cinquième de deux pouces et demi. Le sixième de trois
pouces. Le septième de trois pouces et demi. Le huitième de quatre pouces. Le neuvième de quatre
pouces et demi. Le dixième de cinq pouces.
Ce fer venait de la forge de Chameçon près de Châtillon-sur-Seine, et comme tous les boulets
ont été faits du fer de cette même forge, leurs poids se sont trouvés à très-peu près proportionnels aux
volumes. [...]
J'ai cherché à saisir deux instants dans le refroidissement, le premier où les boulets cessaient
de brûler, c'est-à-dire le moment où on pouvait les toucher et les tenir avec la main, pendant une
seconde, sans se brûler ; le second temps de ce refroidissement était celui où les boulets se sont
trouvés refroidis jusqu'au point de la température actuelle, c'est-à-dire, à 10 degrés au-dessus de la
congélation. »
Diamètre (en pouce)

1,5

Temps de
« refroidissement au point
de la température
5

1- « Le boulet de 5 pouces a été chauffé à blanc en 34 minutes. Il s'est refroidi au point de le
tenir dans la main en 3 heures 52 min. Refroidi au point de la température actuelle en 8
heures 42 minutes. »
Indiquer laquelle des quatre valeurs proposées ci-dessous correspond à la valeur
manquante dans le document 2 (case grisée) pour le boulet de 5 pouces.

2- Le pouce est une ancienne unité de longueur, valant environ 2,7 cm. Convertir en
centimètre le diamètre du plus grand boulet.
3- Sur l’annexe, représenter les points correspondant au temps de « refroidissement au point
de la température actuelle » (en minute) en fonction du diamètre du boulet (en pouce).


4- Indiquer laquelle des trois affirmations suivantes permet d’exprimer la relation entre le
diamètre du boulet en fer forgé et son temps de « refroidissement au point de la température
actuelle » au vu de l’expérience de Buffon.

• Affirmation C : « L’accroissement du temps de refroidissement est proportionnel à
l’accroissement du diamètre. »
5- L’utilisation d’un tableur permet d’ajuster le nuage des points construits à la question 3 par
la fonction f définie par 𝑓(𝑑) = 108𝑑 − 16 pour des valeurs de 𝑑 supérieures ou égales à 1 et
où d correspond au diamètre (en pouce) et f(d) la durée de refroidissement (en minute).
À l’aide de ce modèle et sachant que le diamètre de la Terre est de 12 742 km, calculer l’âge
de la Terre (en année).
Partie 2. Mise en perspective avec les connaissances actuelles
Nous cherchons à porter un regard critique sur l’utilisation de boulets en fer pour déterminer
l’âge de la Terre.
6- En utilisant le document 3, expliquer en quoi le modèle de Buffon utilisant des boulets de
fer n’est pas adapté pour déterminer l’âge de la Terre.

Croûte
Oxydes de :
(continentale et Si (50 à 70 %)
océanique)
Fe (5 %)
…
Oxydes de :
Si (45 %)
3

Mg (37 %)
Fe (8 %)
…
Noyau

Alliage fer-nickel (teneur
en fer environ 98 %)

D’après : http://avg85.fr/category/mediatheque/galerie-de-photos/cartes-et-coupes-geologiques/
pour déterminer cet âge et décrire son principe.


Exercice 2
DATATION AU CARBONE 14 ET BIODIVERSITÉ
L’Union européenne a interdit le commerce de l’ivoire depuis 1989, à l’exception de
celui des antiquités acquises avant 1947. Selon un rapport remis à la Commission
européenne en juillet 2018, l’ivoire vendu en Europe proviendrait pourtant
essentiellement de défenses d’éléphants abattus récemment. Ce rapport s’appuie
sur des résultats obtenus par datation au carbone 14C de l’ivoire saisi par les
autorités. Les trafiquants contournent la loi en faisant passer l’ivoire récent pour de
l’ivoire ancien.
1- Expliquer le principe d’une datation utilisant un isotope radioactif.
2- Parmi les propositions suivantes, indiquer sur votre copie celle qui correspond à la
désintégration du carbone 14.
a)

18
8𝑂

→

14
6𝐶

b)
6𝐶

14
7𝑁

c)

6
2𝐻𝑒

+ 84𝐵𝑒 →

+ 42𝐻𝑒
+

0
−1𝑒
6𝐶

2- Le document 1 indique que la demi-vie du carbone 14 est de 5730 ans. Expliquer
le terme « demi-vie ».
3- On considère un échantillon d’ivoire d’éléphant contenant à un instant donné
16 milliards de noyaux de carbone 14. Calculer le nombre de noyaux de carbone 14
restants au bout de :
3-a- 5 730 ans.
3-b- 11 460 ans.
3-c- 17190 ans.


Document 2. Courbe de décroissance du carbone 14 sur 40 000 ans
1

Proportion du nombre d’atomes de carbone 14 restants par
rapport au nombre d’atomes de carbone 14 au départ

0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0

5000
10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

t
(ans)

5- Estimer le nombre de noyaux de carbone 14 restants après 25 000 ans.
On s’intéresse désormais à la datation au carbone 14 d’échantillons d’ivoire plus
récents. Sur une période de 100 ans, on peut approcher la portion de courbe du
document 2 par un segment de droite représenté dans le document 3.


Document 3. Décroissance radioactive du carbone 14 sur 100 ans
Proportion du nombre d’atomes de carbone 14 restants par
rapport au nombre d’atomes de carbone 14 au départ
1
0,999
0,998
0,997
0,996
0,995
0,994
0,993
0,992
0,991
0,99

t (ans)

0,989
0,988
0
10
20
30

40
50
60

70

80

90
100

6- En 2019, l’analyse d’un échantillon d’ivoire d’éléphant a permis d’estimer à 0,994
la proportion d’atomes de carbone 14 restants par rapport au nombre initial d’atomes
de carbone 14.
6-a- En utilisant le document 3, dater la mort de l’éléphant.
6-b- Cet ivoire provient-il d’un éléphant abattu illégalement ? Justifier la réponse.

Annexe à rendre avec la copie
EXERCICE 1 - QUESTION 3

température actuelle » (en minute) en fonction du diamètre du boulet (en pouce).
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 01910501

Exercice 1
LA LUMIERE CENDRÉE DE LA LUNE
par les rayons solaires, avant que la ligne de partage entre la lumière et l’ombre
atteigne le diamètre de la figure elle-même [...] ».
Galilée, Sidereus Nuncius, trad. de E. Namer, Paris : Gauthier-Villars, p. 73.
gouffres profonds et courbures. »
Galilée, Sidereus Nuncius , trad. de E. Namer, Paris : Gauthier-Villars, 1964, p. 116

Figure 1 : dessins de la Lune extraits du livre “Sidereus nuncius” de Galilée.

Situation 2

D’après : https://media4.obspm.fr

Document 2. Observations de Léonard de Vinci
2-c- Expliquer en quoi l’observation de la lumière cendrée montre que l'albedo de la
Terre n’est pas nul.

3- Période favorable à l’observation de la lumière cendrée
3-a- À partir des données figurant sur le calendrier du document 3, calculer la durée
moyenne, en jour, de l’intervalle de temps qui sépare deux pleines lunes
successives.
3-b- En décrivant avec précision le raisonnement utilisé, déterminer une période de
10 jours a priori favorables à l’observation de la lumière cendrée pendant le mois de
juin 2021.

Exercice 2
LES STRUCTURES MICROSCOPIQUES DE LA SILICE ET DU SILICIUM
La silice est la forme naturelle du dioxyde de silicium (SiO2) qui entre dans la
composition de nombreux minéraux (quartz, etc.). La silice représente 60,6 % de la
masse de la croûte terrestre continentale. De nombreuses roches sont constituées
de silice (sable, grès, granite, etc.) et l'étude des différentes structures possibles
permet d'en savoir plus sur les conditions de formation des roches.
Le verre utilisé dans l’industrie est un solide non cristallin (amorphe), dur, fragile
(cassant) et transparent. Sa composition chimique contient une part importante de
silice.
Partie A. La silice : une structure amorphe ou cristalline.
Document 1. Deux structures en coupe de la silice

d'après CHAGUETMI, Salem (2010) Élaboration et caractérisation de nouveaux verres de
fluorohafnates de strontium et de phosphosulfates.Thèse, Université Mohamed Khider Biskra.
http://thesis.univ-biskra.dz/1006/3/Chapitre%201.pdf

1La figure ci-dessus montre deux structures possibles de la silice. L’une est dite
cristalline, l’autre amorphe (verre). Parmi les représentations a et b, laquelle
correspond à une structure cristalline ? Justifier votre choix.
À partir de deux échantillons identiques de silice liquide, on peut obtenir soit un
verre, soit un cristal selon la vitesse de refroidissement.

Document 2. Évolution du volume d’un échantillon de silice lors d’un changement
d'état

2- Comparer qualitativement les volumes des deux échantillons obtenus (verre ou
cristal) à la température de 1400 K.
3- Proposer une explication à cette différence de volume en s’appuyant sur le
document 1.
Partie B. Étude de la maille cristalline du silicium
On s’intéresse dans cette partie au silicium pur. On fait l'hypothèse que la structure
cristalline du silicium est cubique à faces centrées, avec les caractéristiques
suivantes :
Rayon d'un atome de silicium : 𝑟 = 118 × 10−12 m
Masse d'un atome de silicium : 𝑚 = 4,66 × 10−26 kg
4- Le but de cette partie est de déterminer la masse volumique du silicium afin de
valider ou d’invalider l’hypothèse formulée sur sa structure (cubique à faces
centrées).

Document 3. Coupe d’une maille selon le modèle cubique à faces centrées.

La mesure 𝑎 correspond au paramètre de la maille et on suppose que les atomes de
silicium sont sphériques et tangents. Le rayon d’un atome de silicium est noté r.
4-a- À l’aide de la figure ci-dessus, démontrer que : 𝑎 = 2√2 𝑟 et calculer sa valeur.
4-b- Représenter en perspective cavalière la maille cubique à faces centrées.
4-c- On rappelle que, dans la structure cubique à faces centrées, une maille contient
l’équivalent de 4 atomes de silicium. Calculer la masse volumique d’un cristal de
silicium dans cette hypothèse.
4-d- En réalité, la masse volumique du cristal de silicium est 2,33 g.cm -3. L’hypothèse
de la structure cristalline cubique à faces centrées peut-elle être validée ?
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00610141

Exercice 1
TEMPERATURE MOYENNE DE SURFACE DE LA TERRE

La Terre reçoit l’essentiel de son énergie du soleil. Cette énergie conditionne sa
température de surface.
1- Préciser le phénomène physique à l’origine de l’énergie dégagée par le soleil.
2- Calculer la masse solaire transformée chaque seconde en énergie, sachant que la
puissance rayonnée par le soleil a pour valeur 3,9×1026 W.
Donnée : vitesse de la lumière dans le vide c = 3,0×108 m·s–1
3- L’étude du spectre du rayonnement émis par le Soleil, que l’on peut modéliser
comme un spectre de corps noir, permet de déterminer la température de la surface
du Soleil.
Document 1 : Spectres d’émission.

Figure
1a :
Spectres
d’émission du corps noir à
différentes
températures
(exprimées en K).

Figure 1b : Modèle du spectre
d’émission du soleil.

À l’aide du document 1 répondre aux consignes suivantes :
3-a- Déterminer les longueurs d’ondes correspondant au maximum d’émission pour
les températures de 4000, 5000 et 6000 K. Décrire qualitativement l’évolution de la
longueur d’onde au maximum d'émission en fonction de la température du corps.
3-b- Justifier à partir de la valeur de la longueur d’onde d’émission maximale du
spectre solaire que la température du Soleil est comprise entre 5500 K et 6000 K.
3-c- La température de surface du Soleil peut être déterminée plus précisément à partir
de la loi de Wien. Cette loi permet de déterminer la température d’un corps noir à partir
de la longueur d’onde λmax de son maximum d’émission par la relation :
λmax = k/T
avec :
T : température du corps noir, en kelvin (K)
k : constante égale à 2,898×10-3 m·K
En considérant que le Soleil se comporte comme un corps noir, déterminer sa
température de surface T à partir de la loi de Wien.
4-a- Sachant que l’albedo terrestre est en moyenne égal à 0,30 et que la puissance
surfacique transportée par la lumière solaire vers la Terre est en moyenne de 342 W·m2, calculer la puissance surfacique solaire moyenne absorbée par le sol terrestre.
4-b- Préciser, en justifiant la réponse, si une augmentation de l’albedo terrestre
conduirait à une augmentation ou une diminution de la température moyenne à la
surface de la Terre.

Exercice 2
se serait refroidi au point de la température actuelle qu’en 100 696 ans ; mais
comme la Terre, dans tout ce qui nous est connu, nous paraît être composée de
matières vitresciblesb et calcaires qui se refroidissent en moins de temps que les
matières ferrugineuses, […] on trouvera que le globe terrestre s’est consolidé
jusqu’au centre en 2 905 ans environ, qu’il s’est refroidi au point de pouvoir le
toucher en 33 911 ans environ, et à la température actuelle en 74 047 ans
environ.
Buffon, G.-L. L. (s. d.). Supplément à la théorie de la Terre.
b. Qui peut être changé en verre.

1- Dans le document 1, Buffon présente sa démarche pour trouver l’âge de la Terre. Il
modélise la Terre par une boule de matière en fusion qui se refroidit.
2- À partir d’expériences, Buffon établit les données contenues dans le tableau cidessous, donnant le temps de refroidissement « au point de pouvoir la toucher sans
se brûler » (en minute) d’une boule de fer en fonction de son diamètre (en demipouces) :
Document 2. Temps de refroidissement « au point de pouvoir toucher sans se
brûler »
Diamètre 𝑑 (en demi-pouce)
1
3
9
(en minute)
205

Dans le repère du document-réponse 1 de l’annexe, placer les points représentant
Des méthodes de datation de l’âge de la Terre plus récentes font intervenir la
décroissance radioactive. Lors de la formation de la Terre, de l’uranium naturel s’est
créé, en particulier l’isotope radioactif 235U. L’examen de roches montre qu’aujourd’hui,
il reste environ 1 % de l’uranium 235 présent lors de la formation de la Terre.
Réponse B : entre 3 et 5 demi-vies
Réponse C : entre 6 et 8 demi-vies
5- Sachant que la demi-vie 𝑇1⁄2 de l’uranium 235 est de 0,704 milliard d’années,
proposer une estimation de l’âge de la Terre.
Annexe à rendre avec la copie

EXERCICE : DETERMINATION DE L’AGE DE LA TERRE

Question 2
Document-réponse 1 à compléter

Question 4
Document-réponse 2 à compléter
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00610271

Exercice 1
TEMPÉRATURE MOYENNE DE SURFACE DE LA TERRE
comme un spectre de corps noir, permet de déterminer la température de la surface
du Soleil.

(exprimées en K).

Figure 1b : Modèle du
spectre d’émission du soleil.

À l’aide du document 1 répondre aux consignes suivantes :
3-b- Justifier à partir de la valeur de la longueur d’onde d’émission maximale du
spectre solaire que la température du Soleil est comprise entre 5500 K et 6000 K.
3-c- La température de surface du Soleil peut être déterminée plus précisément à
partir de la loi de Wien. Cette loi permet de déterminer la température d’un corps noir
à partir de la longueur d’onde λmax de son maximum d’émission par la relation :
température de surface T à partir de la loi de Wien.
4-a- Sachant que l’albedo terrestre est en moyenne égal à 0,30 et que la puissance
surfacique transportée par la lumière solaire vers la Terre est en moyenne de
342 W·m-2, calculer la puissance surfacique solaire moyenne absorbée par le sol
terrestre.

Exercice 2
LES DIAMANTS, DES MINES DE CRAYON DE HAUTE PRESSION
Le graphite et le diamant sont deux minéraux qui possèdent la même composition
chimique : ils sont tous deux composés exclusivement de carbone. Cependant, leurs
propriétés physiques sont très différentes : alors que le graphite est opaque, friable,
avec une conductivité électrique élevée, le diamant, lui, est transparent, très dur et
est un isolant électrique.
Partie 1. Structure cristalline du diamant
Ne sachant pas à quel type de réseau cristallin appartient le diamant, on fait
l’hypothèse qu’il s’agit d’une structure cubique à faces centrées et que les atomes de
carbone sont des sphères tangentes.
1- Représenter en perspective cavalière le cube modélisant une maille élémentaire
cubique à faces centrées.
2- Représenter une face de ce cube et justifier que le rayon r des sphères modélisant
les atomes de carbone et l’arête a du cube sont liés par la relation 𝑟 =

𝑎√2
4
.

3- Calculer la compacité d’une structure cristalline cubique à faces centrées (volume
effectivement occupé par les atomes d’une maille divisé par le volume de la maille).
La clarté et l’explicitation du calcul sera prise en compte.
4- À partir d’une mesure de la masse volumique du diamant, on déduit que sa
compacité est en fait égale à 0,34. Que peut-on conclure quant à l’hypothèse d’une
structure cubique à faces centrées ?

Partie 2. Les conditions de formation du diamant
Document 1. L'origine des diamants
Les diamants sont des cristaux de carbone pur, qui ne sont stables qu'à très forte
pression. La majorité des diamants ont cristallisé très profondément, dans le
manteau terrestre, au sein de veines où circulent des fluides carbonés. Les diamants
remontent en surface, dans la quasi-totalité des cas, en étant inclus dans une lave
volcanique atypique et très rare : la kimberlite. […] Le dynamisme éruptif à l’origine
des kimberlites est extrêmement explosif. La vitesse d'ascension des kimberlites est
de plusieurs dizaines de km/h en profondeur, et les laves arrivent en surface à une
vitesse supérieure à la vitesse du son. C'est cette importante vitesse de remontée
qui entraîne une décompression et un refroidissement extrêmement rapides des
diamants, trop rapides pour qu'ils aient le temps de se transformer en graphite. Les
diamants n'ont pas cristallisé dans la lave kimberlitique, mais ne sont que des
enclaves arrachées au manteau par la kimberlite sur son trajet ascensionnel.
Adapté de planet-terre.ens-lyon.fr
Document 2 : Comparaison des propriétés physiques du graphite et du diamant
Propriétés physiques
Dureté

Graphite
Friable (débit en feuillets)

Diamant
Très dur

Opaque (sert pour les
mines de crayon de
papier)
2,1

Transparent (sert en
joaillerie)

Arrangement des atomes
de carbone C

Opacité

Masse volumique (kg.m-3)

3,5

Les réponses aux questions suivantes s’appuieront sur vos connaissances et sur les
informations contenues dans les différents documents.
5- Proposer une hypothèse pour expliquer la différence de masse volumique entre le
graphite et le diamant.

6- Le diamant est exploité dans des mines qui peuvent être en surface ou à une
profondeur maximale d’un kilomètre. Comment expliquer que l’on retrouve des
diamants en surface alors que le minéral carboné stable en surface est le graphite ?
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00020342
3- En déduire comme l’a fait John Joly que l'âge de la Terre calculé par cette
Partie 2. Érosion et sédimentation
piqueur équivaut à 100 décibels. » (D’après extrait d’un article : https://www.rtl.fr
publié le 01/10/2018)
normale
CCE
sont toutes visibles.

Cils vibratiles des cellules de la CCE

Partie de cochlée

CCI
D’après http://www.ipubli.inserm.fr/bitstream/handle/10608/4361/MS_1991_4_357.pdf?sequence=1

2- À partir de vos connaissances et des documents 2, 3 et 4, expliquer les
précautions à adopter afin de réduire les risques d’un traumatisme sonore au niveau
de l’oreille interne. Une réponse argumentée et structurée est attendue.
Document 2. Effet d’un bouchon d’oreille sur le niveau sonore d’un son au sein
de l’oreille interne en fonction de sa fréquence
silicone (dB)

30
20

10

D’après https://www.lesnumeriques.com/accessoire-audio/risques-auditifs-quelle-protection-auditivechoisir-a3795.html

Document 3. Durées admissibles d’exposition quotidienne au bruit
D’après https://www.journeeaudition.org/pdf/guide-jeunes.pdf

Document 4. Évolution du niveau sonore en fonction de la distance à la scène
du concert
110
100

0

15
3- Louise écoute son groupe de rock préféré et ne veut rien rater du concert dont elle
ne connait pas la durée exacte.

Les mesures effectuées par les techniciens de la salle montrent que le groupe
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00310181

Exercice 1
LES PEINTURES ET LES GRAVURES DE LA GROTTE CHAUVET
La grotte Chauvet, découverte en décembre 1994, s’ouvre au pied d’une falaise
bordant les gorges de l’Ardèche. Elle contient de nombreuses peintures et gravures
mais ne semble pas avoir servi d’habitat car les outils de silex et les restes de faune
apportés par les humains sont rares.
Document 1. Photographies de deux œuvres de la grotte Chauvet (source
Wikipedia)
1-a- Peintures de chevaux, aurochs et
1-b- Gravure du hibou moyen-duc
rhinocéros

On cherche à associer la peinture de chevaux, aurochs et rhinocéros (document 1a)
à l’une des phases d’occupation de la grotte. Pour cela, on utilise une méthode de
datation basée sur la désintégration des noyaux radioactifs.
1- L’évolution du nombre de noyaux radioactifs d’une composition donnée au cours
du temps suit une loi de décroissance représentée dans le document réponse à
rendre avec la copie.
Rappeler la définition de la demi-vie t1/2 associée à cette désintégration radioactive.
Sur le document réponse, faire apparaître la construction graphique permettant de
repérer la valeur de la demi-vie du noyau.
2- La grotte a connu deux phases d'occupation, l'une à l'Aurignacien (entre 37000 et
33500 années avant aujourd’hui), l'autre au Gravettien (31000 à 28000 années avant
aujourd’hui).
Il existe de nombreux noyaux radioactifs mais leur demi-vie est différente (quelques
exemples sont donnés dans le document 2).

Document 2 : Différents noyaux radioactifs et leur demi-vie
Noyaux radioactifs
Demi-vie (années)
Uranium 238
4,4688×109
Uranium 235
7,03×108
Potassium 40
1,248×109
Carbone 14
5,568×103
Iode 131
2×10-2
Déterminer le noyau radioactif dont la demi-vie est la mieux adaptée pour dater
l’occupation de la grotte. Justifier.
3- Le charbon de bois est obtenu à partir du bois, qui est un matériau d'origine
végétale. La peinture des chevaux (document 1-a) a été réalisée sur les parois de la
grotte avec du charbon de bois.
On rappelle que le carbone radioactif (14C) est présent naturellement dans le dioxyde
de carbone (CO2) atmosphérique.
Préciser le phénomène qui permet aux végétaux de fixer le carbone atmosphérique
au sein de leur matière organique.
4 - Après la mort du végétal ou son prélèvement par l’être humain, le végétal
n’échange plus de carbone avec l’atmosphère.
4-a Compléter le document réponse représentant la désintégration de 14C au sein du
charbon de bois.
4-b Indiquer si, en principe, la datation pourrait être réalisée avec un échantillon
comprenant initialement un seul noyau de 14C, en admettant que l’on dispose
d’appareils susceptibles de détecter la présence d’un seul noyau de 14C.
5-a- Sachant qu’il ne reste que 2,34 % du 14C initial dans le charbon de la peinture,
donner un encadrement en nombre entiers de demi-vies de la date de la mort du
bois qui a servi – sous forme de charbon de bois - à réaliser la peinture.
5-b On utilise la figure 1 du document réponse dans laquelle on prend comme origine
des âges l’instant correspondant à 5 demi-vies du 14C, pour lequel N0 représente
3,13 % du nombre initial de noyaux de 14C présents dans le charbon de la peinture.
Déterminer graphiquement en années la durée nécessaire pour que le pourcentage
de 14C restant dans le charbon de bois passe de 3,13 % à 2,34 %.
5-c Indiquer si cette peinture a été faite lors de l'occupation à l'Aurignacien ou au
Gravettien. Justifier.
6 - Au sein de cette grotte, on trouve également des gravures réalisées dans le
calcaire (exemple de la gravure du hibou moyen-duc – document 1b).
La méthode précédente ne peut pas être utilisée pour la dater.Proposer une
explication.

Exercice 2
Document de référence : Caractéristiques de quelques objets du système solaire :
Planètes
internes
Puissance solaire
reçue par unité de
surface (Wm-2)
https://www.actu-environnement.com et https://www.futura-sciences.com

Partie 1 : Des données expérimentales à un modèle mathématique possible .
de l’éclairement lumineux reçu par le capteur en fonction de la distance à la source
d’énergie, Reporter sur ce graphique les points expérimentaux obtenus dans le document 1.

Document 1 : Montage expérimental permettant de mesurer la puissance lumineuse reçue par
0,5
** Lux (ou lx) : unité de mesure de l'éclairement lumineux (puissance lumineuse reçue par unité
de surface).
définie par :
432
f(d) = 2
Justifier.

3- On admet que la loi illustrée expérimentalement dans le document 1 est générale : la
a) deux fois plus grand que celui reçu sur Mercure
b) quatre fois plus grand que celui reçu sur Terre

c) deux fois plus petit que celui reçu sur Terre
distance au soleil (voir le document 2)
Document 2 : Températures de surface de quelques objets proches du Soleil.
Le graphique ci-dessous précise :
− Les températures moyennes effectivement mesurées à la surface de différentes
planètes en fonction de leur distance au soleil (points gris).
− L’évolution modélisée de la température moyenne d’un objet en fonction de la

ua : Unité astronomique
(1 ua  150 x 106 km)
par rapport aux autres objets considérés.

Annexe à rendre avec la copie
EXERCICE 1 : LES PEINTURES ET LES GRAVURES DE LA GROTTE
CHAUVET
Questions 1 et 5-b
Figure 1 : Évolution du nombre de noyaux radioactifs en fonction du temps.

Question 4
Évolution du nombre de noyaux de 14C dans le charbon de bois au cours du
temps.

Dans la première ligne du tableau chaque point représente un très grand nombre
de noyaux de 14C.
Compléter la première ligne de ce tableau avec les nombres de points appropriés.
Compléter la deuxième ligne en indiquant les pourcentages de 14C restant par
rapport à la valeur initiale au moment de la mort.

EXERCICE 2 : TEMPERATURES DE SURFACE DE QUELQUES OBJETS DU SYSTEME
SOLAIRE
Annexe 1 – Partie 1 – questions 1- et 2-b-

Annexe 2 – Partie 1 – question 2-a𝑑 ( en m)

0,6
0,8
1728
675
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 02510441
L’usage d’une calculatrice est autorisé.
Le sujet comprend une annexe à rendre avec la copie.
http://www.jeanboudou.fr/blog/la-grande-decouverte-des-curie/
Le radium est un élément radioactif. On estime aujourd’hui sa demi-vie à 1622 ans.
(semaines)
D’après http://www.laradioactivite.com/site/pages/Projet_Curietherapie.htm
5. À l’aide de l’ensemble des documents, donner un intérêt d’utiliser l’iode-125 plutôt
que le radium pour la curiethérapie. Une réponse argumentée est attendue.
Exercice 2
LA TERRE, SA COMPOSITION ET SA TAILLE
Ce sujet s’intéresse à la fois à des mécanismes physico-chimiques à l’origine de la
formation de la Terre et à une méthode mathématique permettant de calculer le
rayon de la sphère terrestre.

Partie 1 - La formation de la Terre dans l’Univers
Document 1a. La nucléosynthèse primordiale
La nucléosynthèse primordiale a lieu lors des premières minutes de l’existence de
l’Univers. Les protons et les neutrons apparaissent puis s’assemblent pour former
les premiers noyaux d’hydrogène et d’hélium, suivant les réactions suivantes :
1
1
2
$
1H+ 1H→ 1H+ "#e
2
1
3
1H+ 1H→ 2He

2 32He→ 42He+2 11H
Puis rapidement, l’espace se dilate, entrainant la chute de la température et
l’éloignement des noyaux formés. La formation de noyaux plus lourds devient
impossible.
L’Univers est alors formé de 90% de noyaux d’hydrogène et de 10% de noyaux
d’hélium, cette composition reste figée pendant quelques centaines de millions
d’années, jusqu’à ce que les premières étoiles apparaissent.
Document 1b. La nucléosynthèse stellaire
Les travaux menés par Hans Bethe vers 1935 expliquèrent comment l’oxygène
pouvait se former dans les étoiles par le cycle dit « carbone-oxygène-azote »
Extrait du cycle « Carbone-Azote-Oxygène » :
12
1
13
6C+ 1H→ 7N
13
13
0
7N→ 6C+ 1n
13
1
14
6C+ 1H→ 7N
14
1
15
7N+ 1H→ 8O

Puis en 1951 Edwin Salpeter expliqua comment les étoiles pouvaient transformer
l'hélium en carbone par la réaction dite « triple alpha »
Équation de la réaction triple alpha :
3 42He→ 126C
À la fin de sa vie, l’étoile explose et disperse ces noyaux dans l’Univers permettant
la formation d’autres étoiles, de planètes et, au moins sur Terre, d'êtres vivants.

Document 2. Abondance relative des éléments chimiques dans le globe terrestre
Élément chimique
Oxygène
Magnésium
Fer
Silicium
Soufre
Autres

Part en pourcentage
48,8 %
16,5 %
14,3 %
13,8 %
3,7 %
2,9 %

1- Indiquer quel type de réaction (fusion ou fission) est à l’œuvre lors de la
nucléosynthèse primordiale.
2- Expliquer comment les travaux de Salpeter ont complété ceux de Bethe.
3- Expliquer pourquoi la composition de l’Univers à la fin de la nucléosynthèse
primordiale diffère de celle du globe terrestre.

Partie 2 - Mesure d’une grandeur caractéristique de la Terre : son rayon
Document 3. La triangulation
En 1792, sur décision de l’Académie des Sciences, deux scientifiques, Pierre
Delambre et Jean-Baptiste Méchain sont chargés de déterminer la longueur de la
portion du méridien terrestre situé entre Dunkerque et Barcelone.
Pour y parvenir, ils déterminent avec une très grande précision la distance au sol
séparant deux villes (notées A et B dans les figures ci-dessous).
Puis, partant de cette mesure appelée « base », ils forment une chaîne de triangles
encadrant la portion du méridien (représenté sur le dessin par le segment [AF])
dont ils souhaitent calculer la longueur.
Figure 3a : exemple de chaines de
triangles encadrant la portion de
méridien [AF]

Figure 3b : extrait de la chaine de triangles

Donnée : la loi des sinus
Dans un triangle ABC quelconque, les angles et les longueurs des côtés sont liés
par la relation suivante, connue sous le nom de loi des sinus :

AB
BC
AC
=
=
sin γ sin α sin β

4- Faire un schéma légendé du globe terrestre en faisant apparaitre un méridien et
un parallèle.
5- Répondre aux questions suivantes en utilisant la figure 3b du document 3 :
5-a- Montrer que l’angle 𝛾 mesure 38,27°.
5-b- La longueur AB est égale à 7 km. Utiliser la méthode de triangulation
pour montrer que la longueur AC est égale à 9,1 km.
& mesure 39,26°.
5-c- Une autre série de mesures montre que l’angle CAG
Déduire des valeurs précédentes la longueur du segment [AG], qui est une
portion de méridien.
6- Aujourd’hui, des mesures par satellites montrent que la longueur L du méridien
10
0
20

Temps (en semaine)
32
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 02710441
L’usage d’une calculatrice est autorisé.
1

Exercice 1
chimique : ils sont tous deux composés exclusivement de carbone. Cependant, leurs
propriétés physiques sont très différentes : alors que le graphite est opaque, friable,
avec une conductivité électrique élevée, le diamant, lui, est transparent, très dur et est
un isolant électrique.
𝑎√2
4
compacité est en fait égale à 0,34. Que peut-on conclure quant à l’hypothèse d’une
structure cubique à faces centrées ?
Partie 2. Les conditions de formation du diamant
Document 1. L'origine des diamants
Les diamants sont des cristaux de carbone pur, qui ne sont stables qu'à très forte
pression. La majorité des diamants ont cristallisé très profondément, dans le manteau
terrestre, au sein de veines où circulent des fluides carbonés. Les diamants remontent
en surface, dans la quasi-totalité des cas, en étant inclus dans une lave volcanique
atypique et très rare : la kimberlite. […] Le dynamisme éruptif à l’origine des kimberlites
est extrêmement explosif. La vitesse d'ascension des kimberlites est de plusieurs
dizaines de km/h en profondeur, et les laves arrivent en surface à une vitesse
2

supérieure à la vitesse du son. C'est cette importante vitesse de remontée qui entraîne
une décompression et un refroidissement extrêmement rapides des diamants, trop
rapides pour qu'ils aient le temps de se transformer en graphite. Les diamants n'ont
pas cristallisé dans la lave kimberlitique, mais ne sont que des enclaves arrachées au
manteau par la kimberlite sur son trajet ascensionnel.
5- Proposer une hypothèse pour expliquer la différence de masse volumique entre le
graphite et le diamant.
6- Le diamant est exploité dans des mines qui peuvent être en surface ou à une
profondeur maximale d’un kilomètre. Comment expliquer que l’on retrouve des
diamants en surface alors que le minéral carboné stable en surface est le graphite ?
3


Partie 1 - La formation de la Terre dans l’Univers
Document 1 : les nucléosynthèses
Document 1a

La nucléosynthèse primordiale
La nucléosynthèse primordiale a lieu lors des premières minutes
de l’existence de l’Univers. Les protons et les neutrons
apparaissent puis s’assemblent pour former les premiers noyaux
d’hydrogène et d’hélium, suivant les réactions suivantes :
1
2
0
1H+ 1H→ 1H+ −1e

2 32He→ 42He+2 11H
Puis rapidement, l’espace se dilate, entrainant la chute de la
température et l’éloignement des noyaux formés. La formation de
noyaux plus lourds devient impossible.
L’Univers est alors formé de 90% de noyaux d’hydrogène et de
10% de noyaux d’hélium, cette composition reste figée pendant
quelques centaines de millions d’années, jusqu’à ce que les
premières étoiles apparaissent.
Document 1b

La nucléosynthèse stellaire
Les travaux menés par Hans Bethe vers 1935 expliquèrent
comment l’oxygène pouvait se former dans les étoiles par le cycle
dit « carbone-oxygène-azote »
14
6C+ 1H→ 7N
15
14
1
7N+ 1H→ 8O
4

Puis, en 1951, Edwin Salpeter expliqua comment les étoiles
pouvaient transformer l'hélium en carbone par la réaction dite
« triple alpha ».
Équation de la réaction triple alpha :
12

3 42He→ 6C
À la fin de sa vie, l’étoile explose et disperse ces noyaux dans
l’Univers permettant la formation d’autres étoiles, de planètes et,
au moins sur Terre, d'êtres vivants.

Document 2 : abondance relative des éléments chimiques dans le globe terrestre
primordiale diffère de celle du globe terrestre.

Partie 2 - Mesure d’une grandeur caractéristique de la terre : son rayon
Document 3 : la triangulation
encadrant la portion du méridien (représenté sur le dessin par le segment [AF])
dont ils souhaitent calculer la longueur.
5

5- Répondre aux questions suivantes en utilisant la figure 3b du document 3 :
5-a- Montrer que l’angle 𝛾 mesure 38,27°.
5-b- La longueur AB est égale à 7 km. Utiliser la méthode de triangulation pour
montrer que la longueur AC est égale à 9,1 km.
̂ mesure 39,26°.
Déduire des valeurs précédentes la longueur du segment [AG], qui est une
portion de méridien.

6

6- Aujourd’hui, des mesures par satellites montrent que la longueur L du méridien
terrestre est égale à 40 000 km. En déduire la longueur du rayon de la Terre.
7

8
Annexe à rendre avec la copie
9
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 03420371
L’épreuve comporte deux exercices notés chacun sur 10 points.
L’usage d’une calculatrice est autorisé.
Exercice 1
piqueur équivaut à 100 décibels. » (D’après extrait d’un article : https://www.rtl.fr
publié le 01/10/2018)
normale
CCE


CCI

D’après http://www.ipubli.inserm.fr/bitstream/handle/10608/4361/MS_1991_4_357.pdf?sequence=1
10
D’après https://www.lesnumeriques.com/accessoire-audio/risques-auditifs-quelle-protection-auditivechoisir-a3795.html
brutale de l’audition.
D’après https://www.journeeaudition.org/pdf/guide-jeunes.pdf
du concert
110
70

0

15
scène Louise doit se placer pour être sûre de ne subir aucun risque de dégradation
brutale de son audition.
Exercice 2
LES MINERAIS D’ARGENT ET LEUR EXPLOITATION
L’argent est connu depuis des millénaires et son utilisation pour des applications
industrielles s’est fortement développée au XXème siècle.
L'argent est l'élément chimique de numéro atomique Z = 47 et de symbole Ag. À
l’état métallique, il est blanc, très brillant, malléable ainsi que très ductile (c’est-à-dire
qu’il peut être étiré sans se rompre).
Données :
Rayon moyen d’un atome d’argent : r = 1,45 Å. L’angström (Å) est une unité de
longueur utilisée en cristallographie (valant 10-10 m).
Document 1. Maille élémentaire du cristal d’argent
À l’état microscopique, l’argent métallique solide est organisé selon un réseau
cubique à faces centrées.
Figure 1a : représentation en
perspective cavalière

Figure 1b : vue de l’une des faces du
cube
Document 2. Les minerais d’argent
L'argent est rarement présent dans le sous-sol à l'état natif (pépite ou filon).
Cependant dans les minerais, on le trouve souvent associé à d’autres éléments
chimiques : par exemple, dans la chlorargyrite de formule AgCl, il est associé à
l’élément chlore Cl ; dans l’acanthite de formule Ag2S, il est associé à l’élément
soufre S.
Figure 2a : maille élémentaire de la chlorargyrite

Ag+ : ion
argent
Cl- : ion
chlorure

Figure 2b : maille élémentaire de l’acanthite
Ag+ : ion
argent
S2- : ion
sulfure
Document 3. Analyse d’un échantillon du gisement minier d’Ain-Kerma
Le gisement minier d’Ain-Kerma est situé en Algérie à 15 km au Nord-Ouest de la
ville de Constantine. Il a été activement exploité de 1913 à 1951 pour son minerai
contenant 40 % d’antimoine de symbole chimique Sb.
Figure 3 : Echantillon de minerai observé microscopie électroniqueMEB)

Stibine (Sb2S3)
Quartz (Q)
Acanthite (Ag2S)

D’après :https://www.researchgate.net/publication/279533102_Testing_of_Silver_Sul
phide_in_Antimony_Mineralization_Hydrothermal_Karst_Formations_Ain-Kerma

1- En utilisant la figure 1a, montrer en explicitant la démarche que le nombre
d’atomes contenus dans une maille élémentaire du cristal d’argent est égal à 4.
2- En utilisant la figure 1b et en notant 𝑎 le paramètre de maille du cristal d’argent
(égal à la longueur de l’arête du cube), démontrer que √2 𝑎 = 4𝑟. En déduire que
𝑎 = 4,10 Å.
3- Calculer la compacité du cristal d’argent et en déduire que 26 % de la maille
élémentaire est vide. On rappelle que la compacité d’un cristal est égale au rapport
du volume des atomes contenus dans une maille élémentaire par le volume de cette
maille.
4- La masse volumique de l’argent sous forme cristalline vaut approximativement
10,5×103 kg∙m-3. Calculer la masse d’un atome d’argent après avoir déterminé le
volume d’une maille du cristal.
5- La chlorargyrite et l’acanthite sont des cristaux. Préciser le sens du mot cristal et
donner un exemple d’un autre mode d’organisation de la matière solide à l’échelle
microscopique.
6- Expliquer pourquoi le minerai d’Ain-Kerma peut être qualifié de roche et pourquoi
cette roche peut être qualifiée d’argentifère.
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 03910441
L’usage d’une calculatrice est autorisé.

I-------I : 25 micromètres
Ces lipides sont ensuite versés dans une cuve remplie d’eau, formant un film (simple
couche de lipides) à la surface de l’eau. Un système de barre déplaçable permet
4.a- Les globules rouges sont différents des cellules a et b observées dans la
question 1 car :

Ils ne contiennent pas de membrane.

Ils ne contiennent pas de lipides.

Ils ne contiennent pas de noyau.

4.b- L’expérience de Gortel et Grendel montre que la membrane des globules
rouges :

Est constituée d’une simple couche de lipides

Est constituée d’une double couche de lipides

Est deux fois plus fine que les membranes des autres cellules.

Est deux fois plus épaisse que la membrane des autres cellules.
4.c- La membrane plasmique est constituée :

De protéines uniquement

De phospholipides et de protéines

D’ADN et de phospholipides

Deux types de vecteurs lipidiques peuvent enfermer un médicament. Ils sont obtenus
en agitant vigoureusement un mélange d’eau et de phospholipides.
6- En utilisant vos connaissances, choisir le type de vecteur le plus pertinent pour
transporter un médicament anticancéreux hydrophile
0
1H+ 1H→ 1H+ −1e
1
l'hélium en carbone par la réaction dite « triple alpha »

3 42He→ 6C
5-b- La longueur AB est égale à 7 km. Utiliser la méthode de triangulation
pour montrer que la longueur AC est égale à 9,1 km.
̂ mesure 39,26°.
portion de méridien.
6- Aujourd’hui, des mesures par satellites montrent que la longueur L du méridien
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00620551
Exercice 1
EFFET DE SERRE ET TEMPERATURE TERRESTRE
La surface terrestre émet un rayonnement qui participe à l’effet de serre
atmosphérique.
Question : En exploitant les documents 1 et 2, compléter le schéma fourni en annexe
(annexe à rendre avec la copie) et rédiger un texte argumenté qui explique comment
l’effet de serre influence la température moyenne de surface de la Terre. La longueur
de la réponse ne doit pas excéder une page.
Précisions : Sur le schéma, les rayonnements qui interviennent dans l’effet de serre
atmosphérique seront représentés schématiquement par des flèches. Les
rayonnements diffusés ou réfléchis seront d’une couleur et les rayonnements
thermiques émis par les différents corps en présence (sol, atmosphère, nuages) le
(infrarouge ou visible) sera indiqué clairement sur le schéma. Aucune valeur
numérique n’est attendue.
Document 1. L’émission d’un rayonnement infrarouge par la surface terrestre.
La surface terrestre reçoit l’énergie du soleil par rayonnement. Une partie de cette
énergie est absorbée par le sol. Comme tout corps, le sol terrestre réémet à son
tour de l’énergie, sous la forme d’un rayonnement infrarouge. L’essentiel du
rayonnement thermique de la Terre se situe dans l’infrarouge thermique.
d'onde de 700 à 100 000 nm. Dans cette fourchette de longueurs d'onde, il existe
quatre types d'infra-rouges dont l’infrarouge thermique (4000 nm à 15 000 nm).

Document 2. Graphique représentant la puissance du rayonnement infrarouge
thermique (IR) émis vers l’espace par la Terre, en fonction de la longueur d’onde.
La courbe en traits pointillés représente le spectre d’émission au niveau du sol ; la
courbe en trait continu représente le spectre du rayonnement après traversée de
l’atmosphère.

Source : https://svt.ac-versailles.fr/spip.php?article258
Exercice 2
L’ARCHIPEL D’HAWAÏ ET LES MONTS DE L’EMPEREUR

1- Mettre en relation la proportion de verre et la taille des cristaux avec les conditions
de refroidissement de ces deux échantillons de roches.
an. Avant l’utilisation du GPS, les géologues mesuraient le déplacement de
différentes façons.
formation des monts Suiko et Koko. Pour cela, utiliser l’échelle fournie sur le
document 3 et mesurer sur la carte les distances à l’aide d’une règle graduée.
Document 4. Localisation des deux monts étudiés sur une vue de coupe de la Terre.

(arrondie au degré près).
A
Document réalisé sur GeoGebra. Latitudes d’après https://latitude.to
̂ puis déterminer la longueur ℓ de l’arc
5- Calculer la distance entre deux points situés sur un même méridien et dont les
latitudes diffèrent de 1 degré. De même, calculer la distance correspondant à une
mesure d’un millimètre sur la carte du document 3.
Exploiter ces résultats pour comparer la précision de la mesure de distance selon les
deux méthodes réalisées en question 3 et 4.
Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1
Représentation schématique des rayonnements intervenant dans l’effet de serre.
Le schéma est réalisé dans le cas particulier d’une surface rocheuse nonréfléchissante.
Classe de première
Enseignement scientifique
Sujet 00720261

Exercice 1
HISTOIRE DE L’ÂGE DE LA TERRE
Document 2 - Les temps de sédimentation et d’érosion par Charles Darwin (1859)
« Ainsi que Lyell l’a très justement fait remarquer, l’étendue et l’épaisseur de nos
couches de sédiments sont le résultat et donnent la mesure de la dénudation1 que la
croûte terrestre a éprouvée ailleurs. Il faut donc examiner par soi-même ces
faire quelque notion de la durée des périodes écoulées [...]. Il faut surtout errer le
long des côtes formées de roches modérément dures, et constater les progrès de
leur désagrégation. [...] Rien ne peut mieux nous faire concevoir ce qu’est l’immense
durée du temps, selon les idées que nous nous faisons du temps, que la vue des
résultats si considérables produits par des agents atmosphériques2 qui nous
paraissent avoir si peu de puissance et agir si lentement. Après s’être ainsi
convaincu de la lenteur avec laquelle les agents atmosphériques et l’action des

durée des temps passés, considérer, d’une part, le volume immense des rochers qui
ont été enlevés sur des étendues considérables, et, de l’autre, examiner l’épaisseur
de nos formations sédimentaires. [...]
J’ai vu, dans les Cordillères, une masse de conglomérat3 dont j’ai estimé l’épaisseur
à environ 10 000 pieds [3 km] ; et, bien que les conglomérats aient dû probablement
s’accumuler plus vite que des couches de sédiments plus fins, ils ne sont cependant
composés que de cailloux roulés et arrondis qui, portant chacun l’empreinte du
temps, prouvent avec quelle lenteur des masses aussi considérables ont dû
s’entasser. [...] M. Croll démontre, relativement à la dénudation produite par les
agents atmosphériques, en calculant le rapport de la quantité connue de matériaux
sédimentaires que charrient annuellement certaines rivières, relativement à
l'entendue des surfaces drainées, qu'il faudrait six millions d'années pour
désagréger et pour enlever […] une épaisseur de 1 000 pieds [35 mètres] de roches.
Un tel résultat peut paraitre étonnant, et le serait encore si, d'après quelques
considérations qui peuvent faire supposer qu'il est exagéré, on le réduisait à la
moitié ou au quart. Bien peu de personnes, d'ailleurs, se rendent un compte exact
de ce que signifie réellement un million. »
Darwin, C. (1859) L'Origine des espèces. Chapitre “Du laps de temps écoulé, déduit de l’appréciation
de la rapidité des dépôts et de l’étendue des dénudations”.
Document 3 – Âge de la Terre et évolution biologique par Charles Darwin (1859).
« Sir W. Thompson4 admet que la consolidation de la croûte terrestre ne peut pas
remonter à moins de 20 millions ou à plus de 400 millions d'années, et doit être plus
probablement comprise entre 98 et 200 millions. L'écart considérable entre ces
limites prouve combien les données sont vagues, et il est probable que d'autres
éléments doivent être introduits dans le problème. M. Croll estime à 60 millions
d'années le temps écoulé depuis le dépôt des terrains cambriens5 ; mais, à en juger
par le peu d'importance des changements organiques6 qui ont eu lieu depuis le
commencement de l'époque glaciaire, cette durée parait courte relativement aux
modifications nombreuses et considérables que les formes vivantes ont subies
depuis la formation cambrienne. Quant aux 140 millions d'années antérieures, c'est
à peine si l'on peut les considérer comme suffisantes pour le développement des
formes variées qui existaient déjà pendant l'époque cambrienne. [...]. Je considère
les archives géologiques7, selon la métaphore de Lyell, comme une histoire du globe
incomplètement conservée, écrite dans un dialecte toujours changeant, et dont nous
ne possédons que le dernier volume traitant de deux ou trois pays seulement.
Quelques fragments de chapitres de ce volume et quelques lignes éparses de
chaque page sont seuls parvenus jusqu'à nous. Chaque mot de ce langage
changeant lentement, plus ou moins différent dans les chapitres successifs, peut

successives ».
Darwin, C. (1859). L’origine des espèces, Chapitre “De l'apparition soudaine de groupes d'espèces
4 - Sir W. Thompson (1824-1907), également appelé Lord Kelvin, était un physicien renommé qui a
estimé l’âge de la Terre par le temps de refroidissement des matériaux qui la compose.
5 - Les terrains cambriens désignent des roches datées de l’époque du Cambrien (période
géologique très ancienne).
6 - Les changements organiques désignent les variations de caractères liés à l’évolution des espèces
qui peuvent être observées en comparant des fossiles présents dans des strates géologiques
successives (donc d’âges différents).
7 - Les archives géologiques désignent les roches que l’on peut observer actuellement et qui nous
permettent de reconstituer le passé par l’étude de ce qui les compose (fossiles, disposition des
strates…).

utilisée pour déterminer cet âge et décrire son principe.

Exercice 2
Document 1. Représentations de la maille cristalline de l’or
L’or cristallise en réseau cubique à faces centrées. Les atomes d’or sont assimilés à
des sphères rigides, tangentes entre elles, de rayon r = 144,2 pm (1 pm = 10−12 m).

1- On note 𝑎 la longueur de l’arête du cube représentant une maille. Démontrer par
le calcul que 𝑎 = 407,9 pm. En déduire le volume 𝑉𝑚 d’une maille cubique en pm3.
4

2- On rappelle que le volume 𝑉 d’une sphère de rayon 𝑟 est 𝑉 = 3 𝜋𝑟 3 . Calculer, en
pm3, le volume 𝑉𝑂 d’un atome d’or.
Document 3. Suivi microscopique de la croissance de cellules nerveuses dans
différentes conditions (sans et avec exposition au méthyl-mercure)

a – Avant exposition au méthylmercure.

b – Après une exposition de 10 minutes
au méthyl-mercure.

c –Après une exposition de 40 minutes
au méthyl-mercure.
une page.
Épreuve commune de contrôle continu
Enseignement scientifique
Sujet 02110501
L’épreuve comporte deux exercices notés chacun sur 10 points.
L’usage d’une calculatrice est autorisé.
Ce sujet comporte une annexe à rendre avec la copie

Exercice 1
DÉTERMINATION DE L'ÂGE DE LA TERRE PAR BUFFON
Cet exercice propose d’étudier une méthode historique de détermination de l’âge de la Terre
(proposée par Buffon au 18e siècle) et de la mettre en perspective avec une méthode
actuelle.
trouvés refroidis jusqu'au point de la température actuelle, c'est-à-dire, à 10 degrés au-dessus de la
congélation. »
Extrait : Premier tome, rédigé par Buffon (1774)


Document 2. Tableau présentant un extrait des mesures réalisées par Buffon
Diamètre (en pouce)
1,5
« refroidissement au point
de la température
manquante dans le document 2 (case grisée) pour le boulet de 5 pouces.

3- Sur l’annexe, représenter les points correspondant au temps de « refroidissement au point
de la température actuelle » (en minute) en fonction du diamètre du boulet (en pouce).
4- Indiquer laquelle des trois affirmations suivantes permet d’exprimer la relation entre le
actuelle » au vu de l’expérience de Buffon.

fer n’est pas adapté pour déterminer l’âge de la Terre.


Document 3. Composition simplifiée des principales enveloppes terrestres
(continentale et Si (50 à 70 %)
océanique)
Fe (5 %)
…

D’après : http://avg85.fr/category/mediatheque/galerie-de-photos/cartes-et-coupes-geologiques/
Fe : fer
Mg : magnésium


7- Indiquer l’âge de la Terre estimé actuellement. Nommer la méthode utilisée

Exercice 2
Les structures microscopiques de la silice et du silicium

d'après CHAGUETMI, Salem (2010) Élaboration et caractérisation de nouveaux verres de
fluorohafnates de strontium et de phosphosulfates.Thèse, Université Mohamed Khider
Biskra. http://thesis.univ-biskra.dz/1006/3/Chapitre%201.pdf
1La figure ci-dessus montre deux structures possibles de la silice. L’une est dite
cristalline, l’autre amorphe (verre). Parmi les représentations a et b, laquelle correspond à une
structure cristalline ? Justifier votre choix.
À partir de deux échantillons identiques de silice liquide, on peut obtenir soit un verre, soit un
cristal selon la vitesse de refroidissement.

Document 2. Évolution du volume d’un échantillon de silice lors d’un changement
d'état.

2- Comparer qualitativement les volumes des deux échantillons obtenus (verre ou
centrées).

4-d- En réalité, la masse volumique du cristal de silicium est 2,33 g.cm -3. L’hypothèse
de la structure cristalline cubique à faces centrées peut-elle être validée ?

Annexe à rendre avec la copie
Exercice 1 - Question 3
température actuelle » (en minute) en fonction du diamètre du boulet (en pouce).