Sujets du Grand Oral en Physique-Chimie

Lors de la bataille de Gettysburg, en juillet 1863, durant la guerre de Sécession américaine, les sources historiques rapportent un phénomène étonnant : le bruit des canons, inaudible à seulement dix kilomètres du champ de bataille, fut entendu clairement à Pittsburgh, à environ 240 kilomètres de distance. Le phénomène, suffisamment fréquent durant la guerre civile pour avoir reçu un nom — l'« ombre acoustique » (acoustic shadow) — a affecté plusieurs batailles majeures (Seven Pines, Gaines's Mill, Five Forks…). Plus près de nous, lors de la bataille de Waterloo en 1815, le maréchal Grouchy, alors à Walhain à 23 km au nord-est du champ de bataille, entendit très distinctement le bruit des canons. Pourtant, en plein jour, le bruit d'une simple voiture s'évanouit en quelques centaines de mètres. Comment expliquer une telle différence de portée du son ? Plus largement, pourquoi a-t-on l'impression d'entendre mieux la nuit ? Si l'observation est familière — un train qui semble plus proche après le coucher du soleil, une conversation lointaine soudain audible —, son explication relève d'une physique précise des ondes sonores et de leur propagation dans l'atmosphère.

Chaque hiver, les services de viabilité hivernale français répandent en moyenne environ 1 million de tonnes de sel sur les routes du pays, avec des pics jusqu'à 1,9 million de tonnes en 2009-2010 selon les chiffres recensés. À l'échelle mondiale, ce chiffre dépasse plusieurs dizaines de millions de tonnes par an, essentiellement dans l'hémisphère nord. Ce geste, devenu banal, repose sur une intuition partagée : le sel ferait fondre la glace. Pourtant, à y regarder de plus près, ce phénomène est en réalité contre-intuitif. La glace fond normalement à 0 °C, et le sel n'est ni chaud, ni énergétique en lui-même. Comment expliquer alors qu'un simple cristal blanc puisse provoquer la fonte d'une couche de glace, parfois à des températures bien inférieures à 0 °C ? Pour comprendre ce phénomène quotidien, il faut descendre à l'échelle microscopique et faire appel aux notions de cohésion de la matière, de dissolution et d'équilibre entre états physiques. (…)

En 2035, conformément à un règlement adopté par l'Union européenne, la vente de voitures neuves à moteur thermique sera interdite en Europe. Cette décision politique repose sur une idée largement répandue : la voiture électrique serait « propre », tandis que la voiture thermique serait « polluante ». Pourtant, dès qu'on regarde les chiffres de plus près, le tableau devient beaucoup plus nuancé. Une voiture électrique n'émet effectivement aucun gaz à l'échappement, mais sa batterie nécessite une quantité considérable d'énergie et de matières premières à fabriquer. Une voiture thermique, à l'inverse, rejette du dioxyde de carbone à chaque kilomètre, mais sa fabrication est moins coûteuse en énergie. Pour trancher honnêtement, il faut donc raisonner en physico-chimiste, c'est-à-dire en comparant les bilans énergétique et matière des deux véhicules sur l'ensemble de leur cycle de vie. (…)