Il est possible d'explorer les mers et les océans à condition de disposer d'un équipement particulier et de respecter des règles de sécurité.

Partie 1 — Des bouteilles d'air comprimé pour respirer
Pour respirer sous l'eau, un plongeur utilise une bouteille dans laquelle de l'air est comprimé.
Quels sont les noms des deux constituants majoritaires de l'air ?
Les deux constituants majoritaires de l'air sont le diazote \ce{N2} et le dioxygène \ce{O2}.
Dans les représentations suivantes les ronds noirs et les ronds blancs représentent des atomes différents.
Quelle est la représentation qui correspond à la modélisation microscopique de l'air ?
Dans un gaz comme l'air, les molécules sont éloignées et dispersées et on sait que l'air est constitué d'un mélange de diazote \ce{N2} et de dioxygène \ce{O2}. Ainsi, la bonne représentation est la suivante :

On modélise la respiration par une transformation chimique : du glucose (\ce{C6H12O6}) réagit avec du dioxygène (\ce{O2}) et il se forme du dioxyde de carbone (\ce{CO2}) et de l'eau (\ce{H2O}). L'équation de la réaction est :
\ce{C6H12O6} + 6 \ce{O2} \ce{->} 6 \ce{CO2}+ 6 \ce{H2O} (équation de réaction 1)
Quelle loi doivent respecter les éléments chimiques présents dans cette équation de réaction ?
Les éléments chimiques présents dans cette équation de réaction doivent respecter la loi de conservation des éléments chimiques.
Pour faire réagir 18,0 g de glucose, il faut 19,2 g de dioxygène. On obtient alors 10,8 g d'eau et une masse m de dioxyde de carbone.
Quelle est la masse m de dioxyde de carbone produite lors de la combustion de 18,0 g de glucose ?
Dans une réaction chimique, la masse se conserve : la masse des réactifs est égale à la masse des produits.
Pour faire réagir 18,0 g de glucose, il faut 19,2 g de dioxygène. On obtient alors 10,8 g d'eau et une masse m de dioxyde de carbone telle que :
18{,}0+19{,}2=10{,}8+m
D'où :
m=18{,}0+19{,}2-10{,}8
m=26{,}4 \text{ g}
Partie 2 - La détection des lieux de plongée
Pour connaître la profondeur d'un océan, on peut utiliser un sonar. Cet appareil émet un signal sonore de fréquence 40 kHz et il mesure la durée entre l'émission et la réception de ce signal.
D'après le document 1, à quel domaine appartient le signal sonore émis par un sonar ?

Document 1 : Domaine de fréquences sonores
Cet appareil émet un signal sonore de fréquence 40 kHz, soit 40 000 Hz, ce qui est supérieur à la limite de fréquences de sons audibles (20 000 Hz). On en déduit que le sonar émet des ultrasons.
Un plongeur débutant a pour projet d'explorer les fonds sous-marins à un endroit donné. À l'aide d‘un sonar, il mesure la durée t d'un aller-retour. Il obtient t = 0{,}040 \text{ s}.

Sachant qu'un plongeur débutant n'est pas autorisé à plonger à plus de 20 m de profondeur, cette plongée est-elle autorisée ou non ?
Donnée : vitesse des ultrasons dans l'eau : v =1\ 500 \text{ m/s}.
La distance parcourue d par le signal sonore est la distance de l'aller-retour, soit 2 fois la profondeur p :
v=\dfrac{d}{t}
v=\dfrac{2 \times p}{t}
D'où :
p=\dfrac{v \times t}{2}
p=\dfrac{1 \ 500 \times 0{,}040}{2}
p=30 \text{ m}
Un plongeur débutant n'étant pas autorisé à plonger à plus de 20 m de profondeur, cette plongée n'est pas autorisée.
Partie 3 - Les paliers de décompression
Les plongeurs portent des plaquettes de plomb à leur ceinture qui leur permettent de stopper leur remontée à des profondeurs spécifiques appelées « paliers de décompression ».
Un plongeur immergé est soumis à deux forces :
- le poids du plongeur et de son équipement : force verticale, dirigée vers le bas ;
- la poussée d'Archimède exercée par l'eau sur le plongeur : force verticale, dirigée vers le haut.

Document 2 : Valeur de la poussée d'Archimède exercée sur un plongeur en fonction de son volume.
D'après le document 2, quelle est la valeur de la poussée d'Archimède subie par un plongeur d'un volume total (avec sa bouteille) égal à 100 L ?
D'après le document 2, pour un volume total de 100 L, la valeur de la poussée d'Archimède est de 1 030 N :

Lors d'un palier de décompression, le poids du plongeur et la poussée d'Archimède doivent avoir la même valeur. Pour ajuster la valeur du poids, plusieurs plaquettes de plomb sont ajoutées à la ceinture du plongeur.
Quel est le nombre de plaquettes de plomb que doit porter le plongeur de la question précédente au cours d'un palier de décompression ?
Données :
- Masse du plongeur avec sa bouteille : m_1 = 96 \text{ kg}.
- Masse d'une plaquette de plomb : m_2 = 1 \text{ kg}.
- Intensité de la pesanteur : g= 10 \text{ N/kg}.
La valeur du poids du plongeur, avec les plaquettes de plomb, est donc égale à celle de la poussée d'Archimède : 1 030 N. Or, la valeur du poids total est liée à sa masse par la relation suivante :
P_{\text{total}}=m_{\text{totale}} \times g
La masse du plongeur avec les plaquettes est donc :
m_{\text{totale}}=\dfrac{P_{\text{total}}}{g}
m_{\text{totale}}=\dfrac{1 \ 030}{10}
m_{\text{totale}}=103 \text{ kg}
Si on note x le nombre de plaquettes de plomb que porte le plongeur, on a :
m_1 + x \times m_2 = 103
D'où :
x \times m_2 = 103 - m_1
x= \dfrac{103 - m_1}{m_2}
x= \dfrac{103 - 96}{1}
x= 7
Le plongeur doit porter 7 plaquettes de plomb.