Enseignement Scientifique - Bac 2021
Métropole - Session normale
Epreuve du 16 juin 2021
Consigne officielle
Le candidat traite les trois exercices.
Exercice 1
Enonce
Le rayonnement solaire
Traitez ce sujet de manière complète et argumentée.
Criteres d'evaluation
Methode
Pour traiter un exercice sur le rayonnement solaire en enseignement scientifique, il faut adopter une démarche structurée. Commencez par analyser précisément les termes du sujet et les notions mentionnées. Identifiez les différents aspects à aborder : la nature physique du rayonnement solaire, ses caractéristiques spectrales, et son rôle biologique via la photosynthèse. Organisez votre réponse en trois parties principales : 1) L'énergie solaire comme source primaire et ses caractéristiques physiques (puissance, constante solaire). 2) L'analyse du spectre lumineux solaire (composition, longueurs d'onde, distinction UV/visible/IR). 3) L'utilisation de cette énergie par les êtres vivants via le processus de photosynthèse. Pour chaque partie, utilisez des connaissances précises, définissez les termes techniques et illustrez avec des exemples ou des données chiffrées quand c'est possible. Pensez toujours à faire le lien entre les aspects physiques et biologiques, ce qui est au cœur de l'enseignement scientifique.
Points cles
- 1L'énergie solaire est la source primaire d'énergie sur Terre. Le Soleil émet un rayonnement électromagnétique dû aux réactions de fusion nucléaire en son cœur. La puissance reçue par la Terre est régie par la constante solaire (environ 1361 W/m² hors atmosphère). Cette énergie est à l'origine des grands cycles climatiques et météorologiques.
- 2Le spectre lumineux solaire est un spectre de rayonnement continu, coupé de raies d'absorption (spectre de Fraunhofer). Il s'étend des ultraviolets (UV) aux infrarouges (IR), en passant par le domaine visible (400-700 nm). La répartition énergétique maximale se situe dans le visible, ce qui explique l'adaptation de la vision humaine et des plantes.
- 3L'atmosphère terrestre filtre et modifie le rayonnement solaire. La couche d'ozone absorbe la plupart des UV-C et UV-B nocifs. Les molécules de l'air diffusent préférentiellement les courtes longueurs d'onde (bleu), expliquant la couleur du ciel. Une partie du rayonnement est réfléchie (albédo) ou absorbée, contribuant à l'effet de serre naturel.
- 4La photosynthèse est le processus bioénergétique qui convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique. Les pigments chlorophylliens des plantes absorbent principalement les radiations bleues et rouges du spectre visible (réfléchissant le vert). L'équation bilan simplifiée est : 6 CO₂ + 6 H₂O + lumière → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂.
- 5Le bilan radiatif terrestre est un équilibre entre l'énergie solaire reçue (principalement sous forme de lumière visible) et l'énergie réémise par la Terre sous forme de rayonnement infrarouge thermique. Cet équilibre détermine la température moyenne de surface et est crucial pour comprendre les enjeux climatiques.
Exercice 2
Enonce
L'évolution de la biodiversité
Traitez ce sujet de manière complète et argumentée.
Criteres d'evaluation
Methode
Pour traiter un exercice sur l'évolution de la biodiversité, il faut adopter une démarche structurée et scientifique. Commencez par analyser précisément les termes du sujet et les notions mentionnées. Définissez clairement chaque concept (sélection naturelle, mutations, écosystèmes) en utilisant un vocabulaire exact. Construisez ensuite un plan logique qui montre les liens de cause à effet entre ces notions. Pour chaque argument, appuyez-vous sur des exemples concrets et bien connus (ex : phalène du bouleau, résistance aux antibiotiques). Expliquez comment les mutations, aléatoires, créent une variabilité génétique au sein des populations. Puis, démontrez comment la sélection naturelle, via la pression de l'environnement (biotique et abiotique), trie cette variabilité, favorisant les individus les plus adaptés. Enfin, intégrez cette dynamique à l'échelle des écosystèmes, en montrant comment les interactions entre espèces et avec leur milieu façonnent et maintiennent la biodiversité. Concluez par une synthèse qui résume le mécanisme général de l'évolution.
Points cles
- 1Les mutations sont la source première de la diversité génétique : Ce sont des modifications aléatoires et non dirigées de l'ADN. Elles peuvent être neutres, délétères ou avantageuses. Cette variabilité génétique au sein d'une population est le matériau brut sur lequel agit l'évolution.
- 2La sélection naturelle est le mécanisme qui oriente l'évolution : Les individus porteurs de caractères avantageux dans un environnement donné ont une meilleure survie et/ou une reproduction plus importante. Ils transmettent donc davantage leurs allèles favorables à la génération suivante. La fréquence des caractères avantageux augmente ainsi dans la population au fil des générations.
- 3L'environnement (l'écosystème) exerce une pression de sélection : Les facteurs de l'écosystème (climat, ressources, prédateurs, parasites, compétiteurs) déterminent quels caractères sont avantageux. Un changement dans l'écosystème (ex : déforestation, changement climatique) modifie les pressions de sélection et peut conduire à une évolution des populations.
- 4La biodiversité est le résultat et le moteur de l'évolution : La grande diversité des espèces et des gènes est le produit de l'évolution sur des temps géologiques. Cette diversité elle-même influence l'évolution, par exemple via les relations de prédation, de coopération ou de compétition qui créent de nouvelles pressions de sélection.
- 5La spéciation peut résulter de ces processus : L'accumulation de différences génétiques sous l'effet de la sélection naturelle, souvent couplée à un isolement reproducteur (géographique par exemple), peut aboutir à la formation de nouvelles espèces, augmentant ainsi la biodiversité.
Exercice 3
Enonce
Le son et la musique
Traitez ce sujet de manière complète et argumentée.
Criteres d'evaluation
Methode
Pour traiter un exercice sur le son et la musique en enseignement scientifique, il faut adopter une démarche rigoureuse. Commencez par analyser précisément la consigne et identifier les notions du programme mentionnées. Structurez votre réponse en plusieurs parties logiques : une introduction présentant le contexte, un développement organisé autour des points clés demandés, et une conclusion synthétique. Pour chaque notion (ondes sonores, fréquence, acoustique), définissez les termes avec précision en utilisant le vocabulaire scientifique approprié. Illustrez vos explications avec des exemples concrets tirés du domaine musical (instruments, notes, gammes). Reliez systématiquement les propriétés physiques des ondes (comme la fréquence) à leurs effets perceptifs (comme la hauteur d'un son). Vérifiez la cohérence de votre argumentation et l'exactitude des données chiffrées ou des formules utilisées.
Points cles
- 1Nature des ondes sonores : Le son est une onde mécanique progressive qui nécessite un milieu matériel pour se propager (air, eau, solide). Il résulte de la variation de pression créée par une source vibrante (cordes vocales, peau de tambour, corde de guitare) et se propage par compression et dilatation successives du milieu. Contrairement aux ondes électromagnétiques, il ne peut pas se propager dans le vide.
- 2Fréquence et hauteur du son : La fréquence (f), mesurée en hertz (Hz), correspond au nombre de vibrations par seconde. C'est elle qui détermine la hauteur perçue d'un son : plus la fréquence est élevée, plus le son est aigu. Par exemple, un La3 a une fréquence de 440 Hz, tandis qu'un La4 a une fréquence de 880 Hz. La gamme musicale est construite sur des rapports de fréquences précis.
- 3Caractéristiques physiques et perception : L'intensité sonore (liée à l'amplitude de l'onde) détermine le volume perçu (son fort ou faible). Le timbre, qui permet de distinguer deux instruments jouant la même note, est lié à la forme de l'onde, c'est-à-dire aux harmoniques (fréquences multiples de la fréquence fondamentale) qui l'accompagnent.
- 4Acoustique musicale et architecture : L'acoustique étudie la production, la propagation et la réception du son. Dans un lieu comme une salle de concert, la réverbération (réflexions multiples du son sur les parois) et le temps de réverbération sont des paramètres cruciaux pour la qualité de l'écoute. Une acoustique adaptée évite les échos gênants et assure une bonne diffusion du son.
- 5Gammes et intervalles : La musique occidentale utilise principalement la gamme tempérée, où l'octave est divisée en 12 demi-tons égaux. Le rapport des fréquences entre deux notes séparées d'un demi-ton est la racine douzième de 2 (environ 1,059). Ainsi, monter d'une octave multiplie la fréquence par 2. Ces rapports mathématiques fondent l'harmonie musicale.
