DM06

PHYSIQUE : Le Laser au quotidien (10 points)
BAC S Centres Etrangers Juin 2011 + Amérique du Sud Juin 2010
Saviez-vous que si vous regardez des DVD, naviguez sur le web, scannez les codes barre et si certains peuvent se passer de
leurs lunettes, c'est grâce à l'invention du laser, il y a 50 ans !
Intéressons-nous aux lecteurs CD et DVD qui ont envahi notre quotidien. La nouvelle génération de lecteurs comporte un
laser bleu (le blu-ray) dont la technologie utilise une diode laser fonctionnant à une longueur d'onde B = 405 nm dans le
vide, d’une couleur bleue (en fait violacée) pour lire et écrire les données. Les CD et les DVD conventionnels utilisent
respectivement des lasers infrarouges et rouges de longueur d’onde  R = 650 nm. Les disques Blu-ray fonctionnent d'une
manière similaire à celle des CD et des DVD.
zone
non gravée
zone gravée
1,2 mm
Coté
0,1 mm
0,1 mm
disqu
Coté étiquette
0,6 mm
Coté étiquette
laser
Zoom sur la zone
gravée et le spot
laser
Simple face
Capacité de
700 MB
4,7 GB
25 GB
Figure 1 : caractéristiques des disques CD, DVD et Blu-ray.
Stockage
8
1
Donnée : On prendra ici pour la célérité de la lumière dans le vide et dans l'air : c = 3,0010 m.s .
1. A propos du texte
1.1. Quel est le nom du phénomène physique responsable de l'irisation d'un CD ou d'un DVD éclairé en lumière blanche ?
1.2. Calculer la valeur de la fréquence  de la radiation utilisée dans la technologie blu-ray.
1.3. Comparer la longueur d'onde du laser blu-ray à celle des systèmes CD ou DVD.
2. Les ondes
2.1. Donner le domaine des longueurs d'onde dans le vide associé aux radiations visibles.
2.2. Une onde lumineuse est-elle une onde mécanique ? Justifier.
2.3. Donner la relation entre la longueur d'onde dans le vide  , la célérité de la lumière dans le vide c et la période de l'onde
T. Préciser les unités.
2.4. En déduire la période T d'une onde électromagnétique de longueur onde  = 405nm.
3. Intérêt d’un blu-ray ?
On modélise le laser projeté sur un « trou » de DVD par le montage de la figure 2 donnée en Annexe, a étant le diamètre
d’un fil,  le demi- écart angulaire.
3.1. Etablir la relation entre , L (largeur de la tache centrale de diffraction) et D (distance entre le fil et l'écran). On
supposera  suffisamment petit pour considérer tan    avec  en radian.
3.2. Donner la relation entre ,  et a en indiquant l'unité de chaque grandeur.
3.3. En déduire la relation L 
2   D
.
a
3.4. Indiquer comment varie L lorsqu’on remplace la lumière émise par un lecteur DVD conventionnel par un laser BluRay ? Expliquez alors en quelques mots l’intérêt que présente le changement de longueur d'onde d’un lecteur DVD
conventionnel par un lecteur Blu-ray ?
3.5. Pour stocker davantage d’informations sur un disque, les scientifiques travaillent sur la mise au point d’autre laser. Dans
quel domaine des ondes lumineuses se situera la longueur d’onde de ce nouveau laser ?
CHIMIE : Identifier une molécule (10 points)
M. Brasseur – Lycée Montaigne – Mulhouse – Novembre 2012
Par oxydation ménagée, on peut obtenir d'un alcool:
 si c'est un alcool primaire, un aldéhyde ou un acide carboxylique
 si c'est un alcool secondaire, une cétone.
 si c'est un alcool tertiaire, il n'y a pas d'oxydation.
Pour réaliser une oxydation ménagée, il faut faire réagir l'alcool avec un oxydant comme le CrO2 (les ions permanganates ou
dichromates oxydent de manière forte c'est-à-dire oxyde un alcool primaire en acide carboxylique et non en aldéhyde) ou le
PCC. Il se produit alors une réaction d'oxydo-réduction.
Une réaction d'oxydo-réduction ou redox est une réaction chimique au cours de laquelle se produit un échange d'électrons.
L'espèce chimique qui capte les électrons est appelée « oxydant » ; celle qui les cède, « réducteur ».
Une molécule organique, notée A, a pour formule brute C4H8O. On sait qu’il ne s’agit pas d’une molécule cyclique. :
1. Quels sont les groupes caractéristiques connus qui sont compatibles avec la présence d’un seul atome d’oxygène dans
la molécule A ?
2. Donner la formule semi-développée du butanol. En déduire sa formule brute.
3. Par comparaison de la formule brute de la molécule A, avec la formule brute du butanol, confirmer la présence d’une
liaison double au sein de la molécule A, soit entre deux atomes de carbone, soit entre un atome de carbone et un
atome d’oxygène.
Le spectre IR de l’espèce chimique A en phase condensée est donné en Annexe 1 de chimie.
4. Quel renseignement supplémentaire ce spectre fournit-il ?
On pourra s’aider du tableau donné en Annexe 2, qui donne les valeurs du nombre d’onde pour différents types de
liaison.
5. Ecrire les formules topologiques des trois molécules envisageables, puis les nommer.
6. Rappeler la définition d’un isomère. Quel type d’isomérie lie ces trois molécules ?
La molécule a été obtenue par oxydation d’un alcool secondaire (noté B pour la suite du devoir).
7. Conclure sur l’identité de la molécule A.
8. Etablir la formule développée de la molécule A. Y faire apparaître les protons considérés comme équivalents pour un
spectre RMN. EN pourra mettre en évidence les protons équivalents par une même couleur.
9. Parmi les spectres RMN donnés en Annexe 4 de chimie, indiquer celui qui correspond à la molécule A. Justifier.
10. Comment se nomme la grandeur  ?
11. Parmi les spectres IR (réalisés en phase condensée) donnés en Annexe 3, indiquer celui qui correspond à la molécule
B, c’est-à-dire l’alcool qui a été oxydé pour former la molécule A. Justifier.
On pourra s’aider du tableau donné en Annexe 2, qui donne les valeurs du nombre d’onde pour différents types de
liaison.
12. Pour les deux autres spectres IR qui ne correspondent pas à la molécule B et qui sont donnés en Annexe 3, identifiez
les familles respectives à laquelle appartiennent ces deux molécules (que l’on appelle C et D). On pourra s’aider du
tableau donné en Annexe 2, qui donne les valeurs du nombre d’onde pour différents types de liaison.
On réalise à nouveau le spectre IR de l’alcool (donné en Annexe 5), mais en phase gazeuse.
13. Quelle différence majeure observe-ton entre ce spectre donné en Annexe 5 et celui que vous avez choisi à la question
11, pour des nombres d’onde supérieurs à 1 500 cm-1 ? Comment l’interpréter ?
ANNEXE PHYSIQUE
D
Ecran
Laser DVD

Figure 2
ANNEXE 1 CHIMIE
ANNEXE 2 CHIMIE
L
ANNEXE 3 CHIMIE
Spectre IR 1
Spectre IR 2
Spectre IR 3
ANNEXE 4 CHIMIE
ANNEXE 5 CHIMIE