Le 23 avril 2021 le spationaute français Thomas Pesquet a décollé pour sa deuxième mission à bord de l'ISS, la station spatiale internationale.

Lors de cette mission, nommée mission Alpha, il était chargé de mener de nombreuses expériences.

Toute expérience qui s'envole pour l'ISS est empaquetée à l'aide de mousses protectrices. Les expériences Renewable Foam et Edible Foam proposent l'utilisation expérimentale de matériaux de protection réutilisables, biodégradables ou comestibles, pour remplacer les traditionnelles mousses pétrosourcées* inutiles une fois à bord de la station.
* pétrosourcé : issu de la chimie du pétrole

Question 1 (2 points)
Citer deux avantages des matériaux innovants présentés.

Le recyclage de l'eau dans l'ISS
À bord de l'ISS, un système récupère les eaux usées (transpiration, respiration et urines des astronautes) et les purifie. Une partie de l'eau purifiée est électrolysée : le passage d'un courant électrique dans l'eau aboutit à la formation de dihydrogène gazeux et de dioxygène gazeux. Le dioxygène est alors injecté dans la station pour en renouveler l'air.

Question 2 (6 points)
2a- Indiquer, en donnant un argument, si le dioxygène est un atome ou une molécule.
2b- L'équation de la réaction chimique qui modélise l'électrolyse de l'eau est $2 H_{2}O \longrightarrow 2 H_{2} + O_{2}$. Choisir parmi les propositions ci-dessous celle qui est correcte.
Justifier ce choix.

P1: 2 kg d'eau forment 2 kg de dihydrogène et 1 kg de dioxygène.

P2: 2 kg d'eau forment 0,22 kg de dihydrogène et 1,78 kg de dioxygène.
P3: 2 kg de dihydrogène et 1 kg de dioxygène forment 2 kg d'eau.

Les matériaux dans I'ISS
L'aluminium est un matériau utilisé dans la fabrication des parois des différents modules de l'ISS du fait de ses propriétés intéressantes, comme par exemple sa masse volumique.

Masse volumique de différents matériaux :

Pour vérifier la valeur de la masse volumique de l'aluminium, on réalise l'expérience schématisée ci-dessous en utilisant un cylindre d'aluminium.

Question 3 (9 points)
3a- Classer dans l'ordre les cinq étapes de la démarche expérimentale à suivre pour vérifier la valeur de la masse volumique du cylindre d'aluminium.

A. Plonger délicatement le cylindre d'aluminium dans les 50 mL d'eau contenus dans l'éprouvette graduée.

B. Mesurer la masse $m$ du cylindre d'aluminium à l'aide d'une balance.
C. Mesurer le volume $V_{2}$ de l'ensemble cylindre et eau.
D. Calculer le volume du solide en soustrayant $V_{1}$ à $V_{2}$.
E. Remplir l'éprouvette graduée avec un volume d'eau $V_{1}$ $=$ **50 ** mL.

3b- En utilisant les mesures de l'expérience précédente, vérifier que la masse volumique $\rho$ du cylindre est bien celle de l'aluminium. Détailler les calculs effectués.

3c- En comparant les données du tableau intitulé masse volumique de différents matériaux, expliquer le choix de l'aluminium pour la fabrication des parois des différents modules de I'ISS.

16 levers de Soleil

Sur Terre, une personne immobile ne peut pas voir plus d'un seul lever de Soleil par jour (soit 24 heures). Lors de sa première mission à bord de l'ISS, la mission Proxima, Thomas Pesquet a participé à la réalisation d'un documentaire intitulé : “ 16 levers de Soleil ”.

L'ISS parcourt environ 42 700 km pour effectuer le tour complet de la Terre à une vitesse dont la valeur est constante et égale à 28 000 km/h.

Question 4 (8 points)

4a- Dans la liste ci-dessous, choisir deux adjectifs et rédiger une phrase pour caractériser le mouvement de l'ISS autour de la Terre. Justifier l'emploi de ces deux adjectifs.
Rectiligne - Circulaire - Accéléré - Uniforme - Ralenti.

4b- Expliquer, grâce à un raisonnement et des calculs, la signification du titre du documentaire avec Thomas Pesquet : « 16 levers de Soleil ». Détailler les calculs réalisés. Toute démarche, même partielle, sera prise en compte.

Question 1 (2 points)**

Les avantages des matériaux innovants cités dans les documents sont :

• Ils sont réutilisables.
• Ils sont biodégradables.
• Ils sont comestibles.
• Ils ne sont pas issus de la chimie du pétrole.
• Ils permettent un gain de place.

Question 2 : Le recyclage de l'eau dans l'ISS (6 points)

2a- Nature du dioxygène (3 points) Le dioxygène ($O_2$) est une molécule. Justification : C'est un assemblage d'atomes (elle contient deux atomes d'oxygène).

2b- Électrolyse de l'eau (3 points) La proposition correcte est la $P_2$ : 2 kg d'eau forment 0,22 kg de dihydrogène et 1,78 kg de dioxygène. Justification : Lors d'une transformation chimique, la masse se conserve. On vérifie que la masse des produits est égale à la masse des réactifs : $0,22 + 1,78 =$ 2,00 kg.

Question 3 : Les matériaux dans l'ISS (9 points)

3a- Étapes de la démarche expérimentale (3 points) L'ordre chronologique des étapes pour mesurer le volume est : E - A - C - D.

1. E : Remplir l'éprouvette avec $V_1$ $=$ 50 mL.
2. A : Plonger le cylindre dans l'eau.
3. C : Mesurer le volume $V_2$.
4. D : Calculer le volume du solide ($V_2 - V_1$).

3b- Vérification de la masse volumique (4 points)

• Calcul du volume du cylindre : $V = V_2 - V_1 = 65 - 50 =$ 15 mL.
• Calcul de la masse volumique ($\rho$) :$$\rho = \frac{m}{V} = \frac{40,5}{15}$$= 2,7 g/mL.

La valeur calculée correspond bien à celle de l'aluminium dans le tableau.

3c- Choix du matériau (2 points) L'aluminium est choisi car c'est le matériau qui possède la masse volumique la plus faible ($2,7$ g/mL) parmi ceux proposés. Cela permet de limiter la masse totale de l'ISS.

Question 4 : “16 levers de Soleil” (8 points)

4a- Caractérisation du mouvement (4 points) Le mouvement de l'ISS autour de la Terre est circulaire et uniforme.

• Il est circulaire car sa trajectoire est un cercle.
• Il est uniforme car la valeur de sa vitesse est constante ($28\,000$ km/h).

4b- Justification du titre du documentaire (4 points)

• Calcul de la durée d'un tour ($t$) : $t = \frac{d}{v} = \frac{42\,700}{28\,000} \approx 1,52$ h (soit environ 1h31min).
• Calcul du nombre de tours en 24h : $Nombre\ de\ tours = \frac{24}{1,52} \approx$ 15,8.

En effectuant environ 16 tours par 24 heures, les spationautes voient 16 levers de soleil, d'où le titre du documentaire.