Sujet Physique-Chimie — Terminale — Métropole — Bac 2025

Exercice 1 - La physique au service du vigneron (11 points) La vinification est le processus de transformation du jus de raisin en vin par fermentation. Lors des premières étapes de vinification, on fait éclater les grains de raisin et le jus extrait est placé dans une cuve de stockage. Commence alors la fermentation alcoolique, étape pendant laquelle une partie du sucre se transforme en alcool. Au cours de ce processus, le vigneron doit contrôler la température et la masse volumique du jus. L’objectif de cet exercice est d’étudier comment la physique peut être utile au vigneron pour mesurer le niveau de remplissage de la cuve de stockage, contrôler la température du jus de raisin et en déterminer le taux de sucre au cours de la fermentation. 1.Étude du principe du capteur de niveau La cuve de stockage est équipée d’un capteur de niveau de type capacitif permettant de contrôler la hauteur de liquide (figure 1). Figure 1. Schéma d’une cuve de stockage avec capteur de niveau Ce capteur est constitué d’une tige conductrice recouverte d’une très fine couche d’isolant. Lorsque celle-ci trempe dans un liquide conducteur, comme le jus de raisin, elle constitue une des armatures d’un condensateur et le liquide en constitue l’autre. On considère pour simplifier que l’ensemble se comporte comme un condensateur plan (figure 2). On souhaite étudier en laboratoire le principe de ce capteur et l’influence de la hauteur de liquide sur le comportement d’un tel condensateur en réalisant le montage représenté sur la figure 3 : - une feuille d’aluminium rectangulaire de largeur ℓ = 41 cm constitue l’armature 1 du condensateur ; - une feuille plastifiée d’épaisseur e = 80 µm de polyester joue le rôle d’isolant ; - la plaque, formée par la feuille d’aluminium et la feuille plastifiée, est plongée dans un récipient et en touche le fond. Elle est en contact sur une hauteur h avec un liquide conducteur qui joue le rôle de l’armature 2 du condensateur ; - un fil dénudé permet d’établir un contact électrique avec le liquide. ℓ feuille d’aluminium, e de largeur ℓ isolant d’épaisseur e (armature 1) fil dénudé air h h liquide conducteur (armature 2) fond du Figure 2. Caractéristiques bécher géométriques d’un condensateur plan Figure 3. Schéma du dispositif expérimental Données :  la surface S C de chaque armature du dispositif expérimental s’exprime par la relation : S C = h·ℓ