SPRINT FINAL
France métropolitaine, juin 2023 • Physique-Chimie
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sci3_2306_07_00C
France métropolitaine • Juin 2023
Le niveau marin
Intérêt du sujet • Ce sujet porte sur l’une des conséquences du réchauffement climatique, l’augmentation du niveau marin. L’étude de la dilatation de l’eau par les satellites permet de le démontrer.
Document 1
Globalement, le niveau marin moyen1 a augmenté d’environ 15 cm entre 1900 et 2000, puis cette hausse s’est accélérée. La dilatation thermique2 de l’eau de mer, conséquence du réchauffement de l’océan, explique environ la moitié de la hausse, l’autre moitié étant due à la fonte des glaciers continentaux.
Sous l’effet de l’augmentation globale du niveau marin, de plus en plus de zones côtières sont exposées aux inondations. En l’absence d’efforts d’adaptation, la fréquence de ces inondations augmentera, ce qui pourrait générer des infiltrations d’eau de mer dans les eaux souterraines, détériorant ainsi la qualité de l’eau et entraînant potentiellement des problèmes de santé et une destruction des récoltes.
D’après Océan et cryosphère – OCE.
1. Niveau marin moyen : hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence.
2. Dilatation thermique : augmentation du volume sous l’effet d’une augmentation de la température.
▶ 1. Citer deux conséquences de l’augmentation du niveau marin moyen. (2 points)
L’eau de mer contient, au moins en petites quantités, de nombreux éléments chimiques. Parmi ceux-ci, le sodium est présent sous forme d’ion dans le chlorure de sodium. On donne ci-après un extrait de la classification périodique des éléments chimiques qui les regroupe par ordre croissant de numéro atomique (nombre de protons dans le noyau de l’élément considéré).
Document 2Extrait de la classification périodique des éléments
▶ 2. a) Donner le symbole de l’élément sodium. (1 point)
b) Donner le nombre de protons contenus dans le noyau d’un atome de sodium. (2 points)
c) Indiquer le nombre de neutrons contenus dans le noyau d’un atome de sodium. Expliquer la démarche. (4 points)
De l’eau, initialement placée dans un réfrigérateur à une température de 5 °C, est mise dans un ballon surmonté d’un bouchon, d’un thermomètre et d’un tube en verre. Le niveau de l’eau dans le tube est indiqué sur le schéma ci-dessous.
Le dispositif est placé sur une balance pendant plusieurs heures, dans une pièce à la température de 25 °C. La masse de l’ensemble reste constante.
Mise en évidence expérimentale de la dilatation thermique de l’eau
Document 3Graphique de l’évolution de la masse volumique de l’eau en fonction de la température
▶ 3. a) Indiquer à l’aide du graphique, la valeur de la masse volumique de l’eau à la température initiale de 5 °C. (2 points)
b) À partir du graphique, expliquer sans calcul pourquoi le niveau de l’eau dans le tube de l’expérience monte lorsque la température de l’eau augmente.
Détailler précisément le raisonnement. (6 points)
Document 4
A. Mission Sentinel-6A
Depuis 1992, des satellites permettent de déterminer avec précision le niveau marin ; ils évoluent sur une orbite à une altitude de 1 336 km. Afin d’assurer la continuité de ces observations, capitales dans le contexte du réchauffement climatique, un nouveau satellite, Sentinel-6A, a été lancé fin 2020. Il embarque le radar altimètre Poseidon-4.
D’après CNES, Sentinel-6A.
B. Principe de l’altimétrie radar par satellite
Afin de déterminer le niveau marin, le satellite mesure la distance altimétrique, c’est-à-dire la distance entre le satellite et la surface de la mer. Un radar, embarqué sur le satellite, émet verticalement des ondes radio, sous forme de signaux de très courtes durées. Ces signaux, qui se propagent à la vitesse de 300 000 km/s, se réfléchissent sur la surface de la mer, reviennent jusqu’au satellite et sont détectés par l’antenne du radar. La durée mise par un signal radio pour faire l’aller-retour permet de déterminer la distance altimétrique.
D’après planet-terre.ens-lyon.fr.
▶ 4. Déterminer la valeur de la distance altimétrique mesurée par le satellite Sentinel-6A lorsque le signal met 8,9 ms (soit 0,0089 s) pour effectuer l’aller-retour entre le satellite et la surface de la mer. Expliquer la démarche. Préciser la relation utilisée et commenter le résultat obtenu. Toute démarche, même partielle, sera prise en compte. (8 points)
Les clés du sujet
Comprendre les documents
Répondre aux questions
▶ 2. c) Le document 2 te donne A et Z pour chaque élément. Utilise tes connaissances pour en déduire le nombre de neutrons.
▶ 3. b) Le document 3 te montre comment varie la masse volumique ρ lorsque l’eau se réchauffe. Rappelle la formule de la masse volumique mais sans faire de calcul. Explique à l’aide de cette formule comment varie le volume de l’eau.
▶ 4. Suis les étapes du schéma pour répondre à cette question.
▶ 1. L’augmentation du niveau marin moyen due au réchauffement de l’eau des océans et à sa dilatation finira par augmenter la fréquence des inondations des zones côtières. L’eau salée polluera par infiltration les eaux souterraines douces. Ceci entraînera des problèmes de santé et la destruction des récoltes.
▶ 2. a) Le symbole de sodium est Na.
b) Le numéro atomique du sodium qui donne le nombre des protons dans son noyau est Z = 11. Le sodium contient donc 11 protons.
c) Le nombre de neutrons N est déduit du nombre de nucléons et de protons :
N = A – Z = 23 – 11 = 12. Le noyau de sodium contient donc 12 protons.
▶ 3. a) La masse volumique de l’eau à la température T = 5 °C s’obtient par lecture du graphique. Ainsi, on lit à 5 °C.
b) D’après le graphique, la masse volumique de l’eau à la fin de l’expérience à 25 °C est ρ = 997,0 kg/m³. Cette valeur est inférieure à celle de la masse volumique à 5 °C qui était de ρ = 999,9 kg/m³.
conseil
Utilise le graphique pour comparer les valeurs de ρ à 5 °C et à 25 °C.
On sait que la masse volumique est donnée par , or la masse de l’eau reste inchangée au cours de l’expérience.
gagne des points
Donne la formule de la masse volumique et n’oublie pas que la masse de l’eau reste inchangée dans cette expérience.
Si la masse volumique diminue au cours de l’expérience, cela ne peut s’expliquer que par l’augmentation du dénominateur, donc du volume V de l’eau d’après la formule. On peut donc conclure que l’eau se dilate (son volume augmente) lorsque la température augmente. Le niveau de l’eau monte donc dans le tube du montage de l’expérience.
▶ 4. • L’altimétrie radar par satellite utilise le phénomène de l’écho. En effet, un signal (onde radio) est envoyé par le satellite sur la surface de l’eau qui le réfléchit. L’antenne du radar détecte le signal après son retour.
attention
Lors d’un écho, le radar mesure la durée d’un aller-retour.
Pour parcourir la distance altimétrique D entre le satellite et la surface de l’eau, le signal met donc le temps .
On sait que .
D’où D = V × t = 300 000 × 0,004 45 = 1 335.
Le satellite et son radar se situent donc à une altitude de 1 335 km.
Si on compare la distance ainsi mesurée avec l’altitude de l’orbite des satellites donnée dans l’introduction de la question, qui est de 1 336 km, force est de constater que Sentinel-6A se trouve plus proche de la surface de l’eau (1 335 km < 1 336 km). Ceci constitue la preuve de l’augmentation du niveau marin à cause du réchauffement climatique.