Étude des carottes glaciaires

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Annales corrigées
Classe(s) : 3e | Thème(s) : Organisation et transformations de la matière
Type : Sujet complet | Année : 2019 | Académie : France métropolitaine

France métropolitaine • Juillet 2019

physique-chimie • 25 points

Étude des carottes glaciaires

Des cylindres de glace, de formule chimique H2O, appelées « carottes », sont prélevés dans les régions polaires et dans les glaciers des montagnes ; ils contiennent des renseignements précieux pour l’étude du climat.

L’élément oxygène se trouve notamment sous la forme de trois atomes stables nommés oxygène 16, oxygène 17 et oxygène 18. À partir de la proportion d’oxygène 18 par rapport à l’oxygène 16 dans la glace, les chercheurs déterminent la température de l’atmosphère au moment de la formation de la glace.

document 1 Un modèle de l’atome d’oxygène

sci3_1907_07_00C_01

document 2 Les fiches d’identité des atomes d’oxygène stables

Oxygène 16

Symbole : O816

Numéro atomique : 8

Nombre d’électrons : 8

Nombre de nucléons : 16

Masse de l’atome : 2,67 × 10–26 kg

Abondance : 99,76 %

Oxygène 17

Symbole : O817

Numéro atomique : 8

Nombre d’électrons : 8

Nombre de nucléons : 17

Masse de l’atome : 2,84 × 10–26 kg

Abondance : 0,04 %

Oxygène 18

Symbole : O818

Numéro atomique : 8

Nombre d’électrons : 8

Nombre de nucléons : 18

Masse de l’atome : 3,01 × 10–26 kg

Abondance : 0,20 %

1. a) Légender le document 1, en affectant à chaque numéro un nom parmi les propositions suivantes : noyau, électrons, proton, neutron.

b) Quel est le nombre de protons présents dans chacun des 3 atomes d’oxygène ? Justifier vos réponses par une phrase.

L’analyse des bulles d’air piégées dans la glace permet de déterminer la quantité de dioxyde de carbone CO2 contenu dans l’atmosphère du passé.

document 3 Évolution du pourcentage en volume de CO2 dans l’air au cours des années

sci3_1907_07_00C_02

Données : www.eea.europa.eu/data-and-maps/figures/atmospheric-concentration-of-co2-ppm-1

2. a) En utilisant le graphique du document 3, indiquer le pourcentage en volume de dioxyde de carbone présent dans l’air en 1910.

b) En quelle année ce pourcentage a-t-il atteint 0,037 % ?

c) Comparer, en citant des données du graphe, l’évolution du pourcentage de CO2 en volume dans l’air, entre 1810 et 1950 puis entre 1950 et 2010.

d) Quelle valeur pourrait atteindre ce pourcentage en 2020 ? Décrire et critiquer la méthode utilisée.

Le projet ICE MEMORY est un programme scientifique dont l’objectif est de constituer la première archive glaciaire du monde. Des carottes provenant des glaciers les plus en danger seront conservées à –54 °C dans une cave creusée sous la neige de l’Antarctique.

Lieu de prélèvement de carottes glaciaires

Intensité de pesanteur g du lieu

Glacier du Mont Illimani (Bolivie). Altitude 6 300 m

g = 9,76 N/kg

Glacier du Col du Dôme (France). Altitude 4 236 m

g = 9,79 N/kg

Base de Vostok (Antarctique). Altitude 3 800 m

g = 9,82 N/kg

▶ 3. a) À la base de Vostok qui se situe en Antarctique, on extrait une carotte de glace de 3 mètres de long, le poids du cylindre de glace est P = 236 N.

Schématiser le cylindre de glace en position verticale et représenter le poids de la glace par un segment fléché en prenant pour échelle 1 cm pour 100 N.

b) Utiliser les données du document 4 et de la question 3. a) pour calculer la masse du cylindre de glace de Vostok en kilogrammes. Expliquer la démarche suivie et écrire la relation utilisée.

Les essais et les démarches même non aboutis seront pris en compte.

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Le document 1 représente le modèle de l’atome d’oxygène. On voit les constituants de cet atome sur ce schéma.

Le document 2 donne 3 fiches contenant quelques caractéristiques des différents atomes d’oxygène ainsi que les symboles de leurs noyaux.

Le document 3 est un graphique donnant l’évolution du pourcentage en volume du dioxyde de carbone dans l’air, au cours du temps.

Le document 4 indique l’intensité de pesanteur g (en N/kg) de quelques lieux où les carottes glaciaires ont été prélevées.

Répondre aux questions

 1. b) Utilise les données des fiches d’identité du document 2 pour répondre à cette question.

 2. c) Il faut faire quelques calculs pour répondre à cette question. N’oublie pas qu’il ne suffit pas de voir simplement une augmentation du pourcentage en volume du gaz, il faut la chiffrer. Rédige ta réponse en t’appuyant sur tes calculs.

d) Là aussi, il faut que tu rédiges ta réponse. Pense à ce qu’il manque sur le graphique du document 3 et à la façon dont il faut y remédier.

 3. b) Rappelle-toi que l’intensité de pesanteur varie en fonction du lieu. C’est ce qu’indique le document 4.

Corrigé

Corrigé

remarque

Les constituants du noyau atomique se distinguent par leurs charges.

▶ 1. a) Dans le document 1 les numéros représentent :

1 : électrons ; 2 : proton ; 3 : neutron ; 4 : noyau.

b) Le nombre de protons d’un atome est donné par son numéro atomique Z écrit en bas à gauche du symbole du noyau. Les trois atomes d’oxygène présentés ont tous 8 protons car ils ont le même numéro atomique Z = 8.

▶ 2. a) D’après le graphique, le pourcentage en volume du CO2 en 1910 était de 0,030 %.

b) Le même graphique indique que le pourcentage en volume de CO2 atteint 0,037 % en 2000.

c) L’étude du graphique du document 3 indique qu’entre 1810 et 1950, c’est-à-dire en 140 ans, le pourcentage en volume du CO2 dans l’air ne varie que de 0,031 – 0,0285 = 0,0025 point tandis qu’entre 1950 et 2010 (en 60 ans) cette variation est de 0,039 – 0,031 = 0,0080 point. L’augmentation du pourcentage en volume du CO2 en seulement 60 ans est plus de 3 fois supérieure à celle en 140 ans.

info +

Il faut deviner où ira la courbe !

d) Pour connaître la valeur qu’atteindra le pourcentage en volume du CO2 en 2020 il est possible de prolonger la courbe du graphique donné dans le document 3. On constate qu’avec cette méthode le pourcentage atteint environ la valeur de 0,041 %.

En utilisant cette méthode, on considère que le pourcentage du volume augmente de la même façon, pas plus rapidement. De même on ne tiendra compte d’aucune inversion de tendance dans cette augmentation malgré quelques efforts entrepris par certains pays. La valeur que nous prévoyons restera donc hypothétique et notre méthode critiquable.

▶ 3. a) Le poids P = 236 N est représenté par un segment fléché de 2,36 cm car l’échelle est de 1 cm 100 N.

Le point de départ du segment est le centre de gravité G, au centre du cylindre.

sci3_1907_07_00C_03

conseil

Écris la formule qui lie le poids et la masse, puis déduis-en la masse.

b) Le poids est donné par la relation P = m × g. La valeur du poids du cylindre est de P = 236 N.

D’après le document 4, à Vostok la valeur de l’intensité de pesanteur est g = 9,82 N/kg.

La masse m du cylindre est donc donnée par la relation : m=Pg=2369,82 = 24,0 kg.