« La version numérique du sujet fournie en fichier texte (format *.txt) doit être ouverte en tant que braille informatique. Elle sera affichée en braille 6 points. L’application « bloc-notes » des ordinateurs courants, ou des logiciels spécialisés peuvent être utilisés. À défaut, reportez-vous à la version en papier. 
Le candidat doit rédiger ses réponses sur un second fichier, et peut demander à un assistant ou à un secrétaire de recopier sa production de façon manuscrite sur une copie.
Un fichier en format *.pdf est également fourni.
La page du document originale est indiquée par « PO 1 » pour « page originale n°1 ». Les références aux pages braille (sommaire, références en cours de sujet) font référence au sujet braille imprimé. »

¨¨po `1
`24-¨¨tlspclme`1
¨braille intégral
¨baccalauréat ¨technologique
¨épreuve d'enseignement de spécialité
¨session `2024
¨sciences et ¨technologies de ¨laboratoire
¨sciences physiques et chimiques en laboratoire
¨jeudi `20 juin `2024
¨durée de l'épreuve: `3 heures
¨volume `1: ¨sujet
¨l'usage de la calculatrice avec mode examen actif est autorisé.
¨l'usage de la calculatrice sans mémoire "type collège" est autorisé.
¨dès que ce document vous est remis, assurez-vous qu'il est complet.
¨dans la version originale, ce document comporte `14 pages numérotées de `1/14 à `14/14. ¨la version en braille intégral est composée de deux volumes:
-- le sujet comportant `36 pages numéroté de `1 à `36;
-- une annexe de `17 planches tactiles. ¨l'ensemble des planches tactiles est proposé sur papier thermogonflé.
¨les planches tactiles n´o`2, `3, `4, `5, `7 et `8 sont à rendre avec la copie. ¨des feuilles plastiques sont à disposition du candidat pour les questions :¨a.`1, a.`3, b.`5, ¨b.`7 et ¨b.`8
¨le candidat traite obligatoirement les `4 parties proposées dans l'ordre de son choix.
¨¨po `2
¨fabrication de savons artisanaux
¨ce sujet, composé de `4 parties indépendantes, aborde les différentes étapes de la fabrication de savons artisanaux.
¨partie ¨a -- `4 points:
¨étude de la transformation de saponification
¨repères:
-- ¨synthèses chimiques
-- ¨mécanismes réactionnels
¨partie ¨b -- `8 points:
¨contr4le qualité des réactifs de la transformation de saponification
¨repères:
-- ¨solubilité
-- ¨conductivité
¨partie ¨c -- `4 points:
¨préparation de la p1te de savon et moulage
¨repères:
-- ¨échangeurs, chaudières et transferts thermiques
-- ¨ondes mécaniques et électromagnétiques
¨partie ¨d -- `4 points:
¨contr4le du remplissage du moule
¨repères:
-- ¨ondes mécaniques et électromagnétiques
-- ¨analyse et contr4le des flux d'informations ¨sommaire
¨partie ¨a `6
¨partie ¨b `10
¨partie ¨c `19
¨partie ¨d `26
¨¨po `3
¨partie ¨a: ¨étude de la transformation de saponification
¨sous l'action d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium concentrée, appelée "lessive de soude", les triesters contenus dans l'huile végétale se fragmentent: il se forme des ions carboxylate (qui permettront l'obtention du savon) et du glycérol.
¨cette transformation s'appelle une saponification.
¨document `1: équation de la réaction de saponification
`;¨voir planche tactile n´o`1„'
¨a.`1. ¨entourer, sur le :¸document-réponse à rendre avec la ¸copie `;planche tactile n´o`2„', les groupes caractéristiques des molécules de triester et de glycérol et nommer les fonctions chimiques correspondantes. 
¨le mécanisme réactionnel de la saponification est donné dans le :¸document-réponse à rendre avec la ¸copie.
¨a.`2. ¨identifier le nom du type de réaction (addition, substitution, élimination, acide/base) correspondant à l'étape n´o`1 du mécanisme réactionnel.
¨a.`3. ¨compléter les étapes n´o`1 et n´o`2 du mécanisme réactionnel en ajoutant les flèches courbes modélisant le déplacement des doublets d'électrons sur le :¸document-réponse à rendre avec la ¸copie `;planches tactiles n´o`3, `4 et `5„'.
¨on réalise une saponification avec une masse `m?1"100,0 g triester et un excès d'hydroxyde de sodium en solution aqueuse.
¨données:
-- masse molaire du triester: `m?1"884 g*mol^-1;
-- masse molaire du savon: `m?2"304 g*mol^-1.
¨a.`4 ¨calculer la valeur de la quantité de matière `n?1 du triester introduit dans le mélange réactionnel.
¨on suppose que la transformation chimique de saponification est totale.
¨a.`5 ¨en déduire que la quantité de matière maximale de savon formé vaut `'n?„max;"0,339 mol.
¨a.`6 ¨à la fin de la transformation, on obtient une masse `m?2"76,4 g de savon. ¨calculer la valeur du rendement de la synthèse.
¨¨po `4
¨partie ¨b: ¨contr4le qualité des réactifs de la transformation de saponification
¨la "lessive de soude" est une solution aqueuse très concentrée d'hydroxyde de sodium `(¨na^!(aq)!¨h¨o^-(aq)) préparée à partir d'un solide blanc d'hydroxyde de sodium.
¨document `2: danger de l'hydroxyde de sodium
`;¨voir planche tactile n´o`6„'
¨extrait de la ¨¨fds de l'hydroxyde de sodium (¨na¨o¨h):
¨danger: ¨h`314 -- ¨provoque de graves br5lures de la peau et de graves lésions des yeux.
¨la gravité des lésions dépend de la quantité appliquée, de la concentration de la solution et du temps de contact.
¨préparation de la solution aqueuse de "lessive de soude"
¨b.`1 ¨en exploitant le document `2, nommer les équipements de protection individuelle nécessaires pour manipuler une "lessive de soude" en toute sécurité.
¨b.`2 ¨l'équation qui modélise la dissolution de l'hydroxyde de sodium dans l'eau est:
`¨na¨o¨h(s) ¸7 ¨na^!(aq) ´ !¨h¨o^-(aq)
¨donner l'expression du produit de solubilité `¨k?s associé à cette équation de dissolution.
¨b.`3 ¨sachant que le produit de solubilité de l'hydroxyde de sodium ¨na¨o¨h(s) est `¨k?¨s"742,6 à `20 ´o¨c, exprimer sa solubilité `s en fonction de `¨k?¨s puis calculer sa valeur.
¨contr4le qualité de la solution
¨on dispose d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium "lessive de soude" `¨s?0 dont on souhaite vérifier la concentration en quantité de matière d'hydroxyde de sodium `¨c?0. ¨on dilue `25 fois la solution `¨s?0 pour obtenir la solution `¨s?¨b que l'on dose par titrage.
¨b.`4 ¨on souhaite préparer un volume de `500,0 m¨l de la solution `¨s?¨b. ¨la verrerie à disposition est la suivante:
-- pipettes jaugées de `5,0 m¨l, `10,0 m¨l et `20,0 m¨l;
-- fioles jaugées de `100,0 m¨l, `200,0 m¨l et `500,0 m¨l.
¨choisir, en justifiant, les deux instruments de verrerie permettant de préparer la solution `¨s?¨b.
¨on réalise un titrage conductimétrique d'un volume `¨v?¨b"20,0 m¨l de solution `¨s?¨b par une solution aqueuse d'acide chlorhydrique `¨s?¨a(¨h?3¨o^!(aq)!¨cl^-(aq)) de concentration en quantité de matière `¨c?¨a"5,00*10^-1 ´ mol*¨l^-1. ¨la courbe de suivi conductimétrique est représentée sur :¸le document-réponse à rendre avec la ¸copie `;planche tactile n´o`8„'.
¨l'équation de la réaction support du titrage est:
`¨h3¨o^!(aq)!¨h¨o^-(aq) ´ ¸5 2¨h2¨o(l)
¨b.`5 ¨compléter les légendes numérotées de `1 à `4 sur le schéma du dispositif de titrage conductimétrique sur :¸le document-réponse à rendre avec la ¸copie `;planche tactile n´o`7„'.
¨¨po `5
¨b.`6 ¨définir l'équivalence d'un titrage.
¨données:
conductivités molaires ioniques à `25 ´o¨c:
`;¨tableau traité en colonne„'
`¤l^´o: (en m¨s*m^2*mol^-1)
¨ion ¤l^´o
¨na^! `5,01
¨cl^- `7,63
¨h¨o^- `19,9
¨h3¨o^! `35,0
la conductivité ¤s d'une solution s'exprime à partir de la loi de ¨kohlrausch:
`¤s"¨¤s??i¤l?i^´o*à¨x?iù
où `à¨x?iù désigne la concentration en quantité de matière d'une espèce chimique ionique `¨x?i et `¤l?i^´o la conductivité molaire ionique de cette espèce.
¨b.`7 ¨interpréter le changement de pente observé sur la courbe de suivi conductimétrique fournie dans le :¸document-réponse à rendre avec la ¸copie `;planche tactile n´o`8„' en s'appuyant sur les données.
¨b.`8 ¨déterminer la valeur `¨v?¨e du volume versé à l'équivalence du titrage, à l'aide d'une construction graphique sur le :¸document-réponse à rendre avec la ¸copie `;planche tactile n´o`8„'.
¨b.`9 ¨déterminer la valeur de la concentration en quantité de matière d'hydroxyde de sodium de la solution `¨s?0.
¨ce titrage a été réalisé `9 fois. ¨les `9 mesures ont donné les résultats suivants:
-- valeur moyenne de la concentration:
`¸:¨c?0"8,73 mol*¨l^-1;
-- valeur de l'écart-type expérimental:
`'¤s?„n-1;"0,094 mol*¨l^-1.
¨document `3: compatibilité du résultat d'une mesure avec une valeur de référence
-- ¨calcul d'une incertitude-type `u(¸:¨x) sur la moyenne `¸:¨x d'une série de mesure:
`'u(¸:¨x)"¤s?„n-1;/@¨n où `'¤s?„n-1; est l'écart-type expérimental et ¨n le nombre de valeurs mesurées.
-- ¨calcul de l'écart normalisé:
`'z"é¸:¨x-¨x?„référence;é ´ /„u(¸:¨x);
¨lorsque `z´22, on considère que le résultat de la mesure est compatible avec la valeur de référence.
¨lorsque `z¤@2, on considère que le résultat de la mesure n'est pas compatible avec la valeur de référence.
¨b.`10 ¨déterminer la valeur de l'incertitude-type `u(¸:¨c?0) sur la concentration en quantité de matière d'hydroxyde de sodium `¨c?0 de la solution `¨s?0.
¨b.`11 ¨en déduire si la valeur de `¸:¨c?0 est compatible avec la valeur de référence, qui vaut `8,75 mol*¨l^-1. ¨conclure sur la qualité de la "lessive de soude".
¨¨po `6
¨partie ¨c: ¨préparation de la p1te à savon et moulage ¨on s'intéresse à une installation industrielle de fabrication du savon. ¨le dispositif est schématisé dans le document `4.
¨la transformation de saponification entre les huiles et la "lessive de soude" est effectuée dans un réacteur, dans lequel une sonotrode génère des ondes ultrasonores.
¨document `4: schéma du montage utilisé pour la fabrication de la p1te à savon
¨voir planche tactile n´o`9
¨contr4le de la température des réactifs
¨la lessive de soude et l'huile ont des températures initiales très différentes. ¨deux échangeurs thermiques permettent de diminuer cet écart avant introduction dans le réacteur. ¨un circuit d'eau unique permet de refroidir la "lessive de soude" dans l'échangeur `¨e?1 puis de réchauffer l'huile dans l'échangeur `¨e?2. ¨la caractéristique de l'échangeur `¨e?2 est donnée dans le document `5.
¨document `5: caractéristique de l'échangeur `¨e?2
¨voir planche tactile n´o`10
¨puissance thermique transférée dans l'échangeur:
`'¨p?2"¨u*¨s*¨¤d¤j?„m2;, où:
-- `'¨¤d¤j?„m2;"19´o¨c est l'écart de température moyen entre les deux fluides;
-- `¨s"1,0 m^2 est la surface d'échange;
-- `¨u"1200 ¨w*m^-2*´o¨c^-1 est le coefficient global d'échange.
¨¨po `7
¨c.`1 ¨indiquer si l'échangeur thermique `¨e?2 fonctionne à co-courant ou à contre-courant, en justifiant la réponse.
¨la puissance transférée dans l'échangeur `¨e?1 vaut `¨p?1"28 k¨w. ¨on note `¨p?2 la puissance transférée dans l'échangeur `¨e?2. ¨pour envisager un circuit d'eau unique, il faut que `¨p?1´2¨p?2.
¨c.`2 ¨calculer la valeur de la puissance `¨p?2 et conclure.
¨transformation chimique au sein du réacteur
¨document `6: formation et évolution d'une bulle soumise aux ultrasons
`;¨voir planche tactile n´o`11„'
¨la sonotrode génère des ondes ultrasonores qui se propagent dans le milieu réactionnel. ¨le phénomène de cavitation acoustique se produit: il y a formation, croissance et implosion de bulles de gaz dans le milieu. ¨la brusque implosion de ces bulles de gaz de quelques micromètres de diamètre est accompagnée d'effets locaux très intenses, notamment l'augmentation de la température.
¨c.`3 ¨déterminer l'intér2t de la cavitation acoustique sur la cinétique de la réaction de saponification en s'appuyant sur le document `6.
¨document `7: domaines de fréquence des ondes sonores
`;¨voir planche tactile n´o„'`12
¨document `8: tension aux bornes de la sonotrode
¨l'évolution au cours du temps de la tension `¨u?¨e aux bornes de la sonotrode est représentée ci-dessous planche tactile n´o`7. ¨cette tension électrique a la m2me fréquence que les ondes générées par la sonotrode.
¨voir planche tactile n´o`13
¨¨po `8
¨c.`4 ¨justifier que la sonotrode émet bien des ondes ultrasonores, ce qui permettra le phénomène de cavitation.
¨moulage de la p1te à savon
¨une fois la transformation de saponification terminée, la p1te de savon est déversée dans un moule de volume `¨v"0,040 m^3.
¨c.`5 ¨montrer qu'un débit volumique `¨q?v"1,3*10^-4m^3*s^-1 est nécessaire pour remplir le moule en `5,0 minutes. 
¨on rappelle que l'aire d'une section circulaire d'un tuyau de diamètre ¨d a pour expression `'¨s"„¤p*¨d^2;/4.
¨c.`6 ¨en déduire la valeur du diamètre ¨d de la section circulaire que doit avoir la canalisation de vidage du réacteur pour que la vitesse d'écoulement v soit égale à `0,20 m*s^-1.
¨¨po `9
¨partie ¨d: ¨contr4le du remplissage du moule
¨on s'intéresse à deux procédés de contr4le du remplissage du moule: un détecteur de niveau à lames vibrantes et un capteur de masse contr4lé par un microcontr4leur.
¨détecteur de niveau à lames vibrantes
¨document `9: principe de fonctionnement d'un détecteur du niveau d'un fluide à lames vibrantes
¨le dispositif est constitué de deux lames métalliques placées au-dessus du fluide dont on cherche à détecter le niveau. ¨le moteur du dispositif est réglé de telle sorte que les lames métalliques vibrent à leur fréquence de résonance.
¨lorsque le niveau du fluide atteint les lames, leur vibration est amortie.
¨pour utiliser un détecteur de niveau à lames vibrantes, il faut déterminer au préalable la fréquence de résonance des lames.
¨on étudie en laboratoire les vibrations d'une lame métallique en régime d'oscillations forcées afin de déterminer sa fréquence de résonance. ¨le dispositif permet de mesurer une tension électrique qui traduit l'amplitude des oscillations de la lame, représentée dans le document `10.
¨document `10: tension électrique mesurée en fonction de la fréquence d'oscillation de la lame
`;¨voir planche tactile n´o`14„'
¨d.`1 ¨à l'aide du document `10, déterminer la valeur de la fréquence de résonance `f?r de la lame étudiée.
¨¨po `10
¨document `11: facteur de qualité d'une résonance
¨voir planche tactile n´o`15
¨le facteur de qualité est un nombre sans dimension qui caractérise la résonance d'un oscillateur.
¨il est défini par: `¨q"f?r/¨¤df avec:
-- `¨q le facteur de qualité (sans unité);
-- `f?r la fréquence de résonance (en ¨hz);
-- `¨¤df l'intervalle de fréquences entre lesquelles l'amplitude est supérieure à `'¨a?„max;/@2, `'¨a?„max; étant l'amplitude à la résonance.
¨d.`2 ¨déterminer la valeur du facteur de qualité ¨q de la résonance de la lame étudiée.
¨document `12: ¨vibrations de la lame au cours du temps.
`;¨voir planches tactiles n´o`16„' 
¨les deux enregistrements ci-dessous planche tactile n´o`16 ont été réalisé à la fréquence de résonance de la lame.
¨la tension mesurée `¨u?¨r traduit le mouvement d'oscillation de la lame au cours du temps.
¨lorsque la lame vibrante entre en contact avec le fluide, ses oscillations sont amorties.
¨d.`3 ¨indiquer comment cet amortissement s'observe sur l'enregistrement n´o`2 du document `12.
¨¨po `11
¨d.`4 ¨préciser comment évolue la valeur du facteur de qualité ¨q lors du contact de la lame avec le fluide. ¨capteur de masse contr4lé par un microcontr4leur
¨pour contr4ler le non-débordement du moule, un capteur de masse est placé sous celui-ci. ¨lorsque la masse de savon dépasse une valeur limite, une ¨¨del (diode électroluminescente) rouge reliée au microcontr4leur s'allume.
¨le montage expérimental est décrit dans le document `13.
¨document `13: capteur de masse avec module ¨¨hx`711
`;¨voir planches tactiles n´o`17. ¨photo illustrative du dispositif non décrite„'
¨le capteur est relié à un module (module ¨¨hx`711) qui permet de convertir et d'amplifier les signaux analogiques du capteur de masse en un signal numérique transféré au microcontr4leur.
¨la partie principale du module est un convertisseur analogique-numérique (¨¨can) `24 bits.
¨certaines caractéristiques du module ¨¨hx`711 données par le fournisseur sont les suivantes:
-- plage de conversion: `à-40 m¨v, !40 m¨vù;
-- résolution de conversion ¨a/¨d: `24 bits.
¨le quantum d'un ¨¨can s'exprime par la relation: `'q"¨¤d¨u/„2^n-1; 
avec
-- `¨n le nombre de bits;
-- `¨¤d¨u la plage de conversion;
-- `q le quantum. 
¨d.`5 ¨calculer la valeur du quantum du ¨¨can utilisé dans le capteur du document `13.
¨¨po `12
¨un programme permettant d'allumer la ¨¨del est téléversé dans le microcontr4leur.
¨un extrait de ce programme est donné ci-après dans le document `14.
¨document `14: extrait du programme téléversé dans le microcontr4leur
`1 ¤(...)b
`2 void loop() ``(
// ¨fonction loop() appelée en boucle
`3 // tant que le microcontr4leur est
`4 // alimenté.
`5 masse `" ´ balance.get´-units(`10);
// ¨cette fonction renvoie la valeur
`6 // moyenne de `10 mesures effectuées
`7 // par le capteur // et l'affecte à
`8 // la valeur de la masse.
`9 ¨serial.print(masse);
// ¨affichage de la masse.
`10 ¨serial.println(" g");
// ¨affichage de l'unité.
`11
`12 if (`-') ``(
// ¨à compléter
`13 digital¨write(`8, ¨¨high);
// ¨broche `8 alimentée.
`14 )'' else ``(
`15 digital¨write(`8, ¨¨low);
// ¨broche `8 non alimentée.
`16 )''
`17 delay(`1000);
// ¨pause de `1000 ms.
`18 )''
`19
¨d.`6 ¨à l'aide des documents `13 et `14, indiquer quelle ligne du programme permet d'allumer la ¨¨del.
¨d.`7 ¨sur la copie, réécrire la ligne `12 du programme du document `14 en la complétant pour que la ¨¨del s'allume à partir d'une masse d'une valeur de `200 g.
¨¨po `13
¨document-réponse à rendre avec la copie:
¨question ¨a.`1:
¨voir planche tactile n´o`2
¨question ¨a.`3: ¨mécanisme réactionnel de la saponification
¨voir planches tactiles n´o`2, `3 et `4
¨¨po `14
¨question ¨b.`5: ¨schéma du dispositif de titrage conductimétrique
¨voir planche tactile n´o`6
¨questions ¨b.`7 et ¨b.`8: ¨courbe de titrage conductimétrique de la solution aqueuse ¨¨sb d'hydroxyde de sodium diluée
¨voir planche tactile n´o`7

