Partie 1 • L'ozone et le rayonnement UV
▶ 1. a) Schéma de la dissociation de la molécule de O2 par les rayonnements UV solaires :
b) Un atome d'oxygène se combine avec une molécule de dioxygène pour former l'ozone d'après l'équation de la réaction suivante :
O + O2 → O3
Cette transformation est possible car l'atome d'oxygène est instable et ne peut rester longtemps à l'état libre. Il se recombine alors avec un autre composé.
mot clé
Le document dit pourquoi l'oxygène « rechigne » à rester isolé.
c) L'ozone stratosphérique se décompose en captant les rayonnements UV du Soleil, d'après l'équation de la réaction suivante :
O3 → O2 + O
Puis l'atome d'oxygène ainsi formé se recombine avec une autre molécule d'ozone, d'après l'équation de la réaction suivante :
O + O3 → O2 + O2
▶ 2. Le rayonnement solaire est responsable de la décomposition des molécules d'ozone présentes dans la stratosphère. Le spectre d'absorption du document 1 indique que la molécule d'ozone absorbe 100 % des rayons de longueurs d'onde allant de 100 nm à 400 nm correspondant aux rayons ultraviolets. Ces rayons sont dangereux pour les organismes vivants. C'est la raison pour laquelle la couche d'ozone est dite protectrice du vivant sur Terre.
à noter
Le spectre d'absorption de la molécule d'ozone permet de comprendre pourquoi la couche d'ozone nous protège des UV.
▶ 3.
Le conseil de méthode
Recopiez les deux dernières équations des réactions du schéma du document 2 sur un brouillon, l'une en dessous de l'autre. En les regardant ensemble, vous remarquerez des composés identiques des deux côtés de ces équations. Rappelez-vous aussi qu'il faut en déduire une seule équation de réaction et que les catalyseurs ne doivent pas y figurer.
Les deux dernières équations des réactions du document 2 nous donnent le mécanisme de la destruction de la molécule de O3 par les CFC. Pour obtenir l'équation de la réaction, on doit additionner ces deux équations.
D'où, en simplifiant : O3 + O → 2 O2
Nous remarquons que les deux catalyseurs, Cl et ClO, peuvent être simplifiés des deux côtés de l'équation finale pour donner l'équation qui décrit la destruction de l'ozone (donnée aussi dans la réponse à la question 1. c). La disparition de ces deux molécules du bilan final montre bien le rôle d'un catalyseur. En effet, ces molécules interviennent dans la transformation de O3 mais ne jouent pas le rôle de réactifs dans cette transformation.
Partie 2 • UV et santé
▶ 4. a) D'après le spectre d'absorption de l'ADN, les radiations absorbées par cette molécule ont des longueurs d'ondes comprises uniquement entre 220 et 300 nanomètres, avec un maximum pour les radiations de 260 nm. La molécule d'ADN absorbe donc une partie des UV.
b) Lorsqu'elle est exposée aux rayons UV, la molécule d'ADN absorbe leur énergie. D'après le texte du document 3, cette énergie entraîne la formation de liaisons entre deux bases thymines adjacentes, ce qui déforme la molécule d'ADN et provoque des mutations qui sont des modifications du matériel génétique. L'accumulation de mutations rend les cellules touchées anormales et leur multiplication anarchique. Elles prolifèrent alors et peuvent conduire à l'apparition de cancers de la peau.
c) D'après le document 4, l'index UV est particulièrement fort (index haut à extrême) ce qui veut dire que les UV sont peu filtrés par la couche d'ozone amincie. Dans cette région du globe, les êtres humains sont plus exposés aux UV : leurs cellules cutanées en reçoivent plus et leur ADN est plus endommagé. Par conséquent, le fort index UV entraîne un fort taux de cancers de la peau.
▶ 5. Les crèmes solaires filtrent les UV. Elles les empêchent ainsi de pénétrer dans la peau et d'endommager l'ADN des cellules cutanées. Elles arrêtent d'autant plus les UV que leur indice de protection est élevé et réduisent donc les risques de développer des cancers de la peau.
▶ 6. Nous cherchons à démontrer qu'il est indispensable d'utiliser une crème solaire d'indice de protection élevé en Australie.
La particularité de l'Australie et surtout de la partie nord du pays est d'être fortement exposée aux UV solaires, qui sont peu filtrés par la couche d'ozone amincie dans cette partie du globe.
De plus, nous savons qu'une forte exposition aux UV entraîne des mutations des cellules cutanées qui peuvent devenir cancéreuses. C'est pour cela que le taux de cancers de la peau est élevé en Australie.
Les crèmes solaires permettent de filtrer les UV au niveau de la peau. Ainsi, les UV ne pénètrent pas dans les cellules cutanées et ne peuvent pas entraîner de dommages au niveau de leur ADN.
à noter
Vos réponses ne doivent pas obligatoirement se limiter à l'analyse des documents présentés dans le sujet. Pensez à réinvestir vos connaissances et votre culture générale pour les enrichir.
D'après le document 3 b., l'indice de protection solaire de la crème doit être élevé et supérieur à 15 pour permettre de filtrer la quasi-totalité des UV, avec plus de 93 % d'UV filtrés. Lorsqu'on a une peau claire très sensible aux UV, l'indice doit être supérieur pour arrêter encore plus d'UV.
L'utilisation de crème solaire d'indice élevé permet de protéger sa peau des UV et réduit donc les risques de cancers, notamment dans une zone très exposée comme l'Australie. Cependant, il faut veiller à renouveler souvent sa protection et suivre d'autres conseils, tels que ne pas s'exposer aux heures les plus chaudes durant lesquelles il y a plus d'UV et se couvrir avec un chapeau et des vêtements.