Passivation et corrosion du bronze, photographie, couleurs et peintures. Bac Sti2d A 2014


Les bronzes.
Quels sont les deux principaux éléments chimiques qui composent les bronzes
?
Le cuivre et l'étain.
Expliquer ce que signifie « les bronzes sont des alliages passivables ». Donner le domaine de pH dans lequel cette propriété est conservée. Citer un autre métal passivable.
Les bronzes se recouvrent d'une couche de sulfate de cuivre et d'hydroxyde de cuivre stable et protectrice du métal, dans un domaine de pH compris entre 3,5 et 6,5.
L'aluminium se recouvre d'une couche d'alumine protectrice.
Que signifie l’expression « l’étain Sn, élément moins noble que le cuivre » ?
L'étain est plus réducteur que le cuivre ; l'étain s'oxyde plus facilement que le cuivre..
Quel anion est considéré comme responsable de l’altération des bronzes exposés aux précipitations ?
L'anion sulfate SO42-.
Donner le nom et la formule de la couche poreuse qui se forme sur les bronzes lorsque le pH est inférieur à 3,5. L’antlérite de formule CuSO4,2Cu(OH)2.
Ecrire la demi-équation électronique relative au couple Cu2+ / Cu
.
Cu(s) = Cu2+ + 2e-.
Pour expliquer la formation de l’un des produits de la corrosion, l’hydroxyde de cuivre (Cu(OH)2 ou Cu2+ + 2OH- ), on envisage la réaction entre les couples O2 / OH- et Cu2+ / Cu.
On donne la demi-équation équilibrée du premier couple :
O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH4-.
Ecrire l’équation d’oxydoréduction de la réaction globale entre les deux couples ci-dessus.
O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH4-.
2Cu(s) = 2Cu2+ + 4e-.
Ajouter :
O2 + 2 H2O + 4 e- +2Cu(s)= 4 OH4-+ 2Cu2+ + 4e-.
Simplifier :
O2 + 2 H2O +2Cu(s)= 4 OH4-+ 2Cu2+.
Le dioxygène subit-il alors une oxydation ou une réduction? Justifier la réponse.
Le dioxygène gagne des électrons : c'est un oxydant qui se réduit.
Citer un autre alliage métallique utilisé dans le domaine des arts.
Le laiton ( cuivre et zinc), l'acier ( fer et carbone ).
Dans une revue d’archéologie, on lit à propos de la corrosion des canons en bronze exposés à l’air libre sur une fortification : « … on remarque que les canons en bronze dans lesquels on a laissé un boulet en fer résistent mieux à la corrosion que ceux qui n’en contiennent pas ou ceux qui contiennent des boulets en pierre …»
Justifier cette remarque.
Le fer est plus réducteur que le cuivre ; il s'oxyde donc à la place du cuivre : ce dernier est protégé tant qu'il y a du fer.
Le fer jour le rôle d'anode sacrificielle.
Photographie
La statue en bronze « Le Penseur » de Rodin, étudiée dans la partie A, mesure 1,80 m de hauteur. Elle est photographiée à l’aide d’un appareil numérique à visée « reflex ».
En assimilant l’objectif photographique à une lentille mince convergente, construire, sans souci d’échelle, l’image A’B’ de la statue AB.


A quelles parties de l’oeil peut-on assimiler : a) l’objectif photographique, b) son capteur ?
Le cristallin joue le rôle de l'objectif et la rétine le rôle du capteur.
 Que signifient les indications 18 mm x 55 mm ?
C'est un zoom dont les distances focales s'étendent de 18 à 55 mm.
Donner, avec trois chiffres significatifs, le nombre de megapixels (MP) affichés par le fabricant pour cet appareil photo. Définition de l'image : 3072 x 4608.
3072*4608 =1,42 107 pixels ou 14,2 MP.
Pour effectuer une prise de vue de la statue, le photographe choisit une focale de 40 mm, un nombre d’ouverture N = 5,6 et un temps d’exposition de 1/125 s.
Calculer la vergence C qui correspond à la focale de 40 mm.
C = 1 / 0,040 = 25 dioptries.
 Le photographe a souhaité que l’image de la statue A’B’ occupe toute la longueur du capteur.
Calculer le grandissement.
Taille du capteur : 15,4 x 23,1 mm ; hauteur de la statue : 1,8 m = 1800 mm.
Valeur absolue du grandissement : 23,1 / 1800 = 1,283 10-2 ~1,28 10-2.
En déduire par le calcul la position de l’objet sachant que l’image se forme à 40,1 mm de l’objectif.
Valeur absolue du grandissement = distance capteur-objectif / distance objet-objectif.
Distance objet-objectif = 40,1 / (
1,283 10-2 ) =3,12 103 mm = 3,12 m.
La statue se trouve à 3,12 m de l'objectif.




Le photographe souhaite diminuer la profondeur de champ de l’appareil sans modifier sa distance par rapport à la statue. Dans quel sens doit-il agir sur le zoom pour effectuer la prise de vue ?
Si la profondeur de champ diminue, la focale aumente.
 Le photographe veut remplacer le couple (5,6 ; 1/125) par un couple (N ; 1/500) tout en conservant la même quantité de lumière dans l’appareil. Quelle valeur de N peut-on proposer ?
N :
Ouverture du diaphragme de l'objectif de l'appareil photo (nombre sans dimension);
T : Temps de pose ou vitesse d'obturation (secondes).
Pour la même quantité de lumière reçue, si le temps de pose est divisé par 4, N doit être quadruplé : n = 4*5,6 ~22.

 Quel est l’intérêt de l’appareil photo à visée « reflex » ?
La visée reflex permet  de contrôler le cadrage et de faire la mise au point.
Que signifie l’indication «RVB» ?
En synthèse additive, les trois couleurs primaires sont le rouge, le vert et le bleu.
Sachant qu’une couleur est codée sur 8 bits (1 octet), calculer le nombre de couleurs disponibles pour former une image avec ce capteur.
28 *28*28~1,7 107.

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Couleurs et peintures.
Une d’imprimante à jet d'encre contient trois cartouches d’encres colorées, jaune, cyan et magenta, et une cartouche d’encre noire.
Quel type de synthèse colorimétrique est réalisé par l’imprimante ?
L'imprimante utilise la synthèse soustractive des couleurs.
Cercle chromatique :
Quelles cartouches sont utilisées par l’imprimante pour avoir :
la couleur verte résultant de l’oxydation du bronze
, cyan et jaune
la couleur rouge
, magenta et jaune.
Le magenta absorbe sa couleur complémentaire, le vert ; cette encre diffuse le rouge et le bleu.
Le jaune absorbe sa couleur complémentaire, le bleu ; cette encre diffuse le rouge et l
e vert.
Le rectangle est rouge, : c'est la couleur commune diffusée par les deux encres.

la couleur bleue. Magenta et cyan.
La cartouche jaune est vide. De quelle couleur apparaîtra le vert de la statue à l’impression ?
Le cyan absorbe sa couleur complémentaire, le rouge ; cette encre diffuse le vert et le bleu.
Le jaune est absent
. Le vert apparaîtra cyan.
Les matières colorantes sont les pigments et les colorants. Quelle est la différence essentielle entre ces deux matières colorantes ?
Les  pigments sont des substances insolubles dans le milieu qu'elles colorent, contrairement aux colorants qui eux y sont solubles.
La grande majorité des pigments est d'origine  minéral tandis que les colorants sont plutôt d'origine végétal.
Les pigments sont plutôt des petites molécules qui contiennent des éléments métalliques tandis que les colorants sont des molécules de grandes dimensions qui sont caractérisées par une succession de simples et de doubles liaisons formant un système conjugué.

Quels sont les trois constituants de base des peintures usuelles ?
Pigments ou colorants, broyés finement puis mis en suspension dans un liant ( huile de lin, résines glycérophtaliques ), les adjuvants ( sels de cobalt, des poudre minérales, baryte, talc )
Expliquer le mécanisme de séchage lorsqu’une peinture est appliquée sur un support.
Le liquide en quelques heures forme un film solide.
Séchage par évaporation des solvants.
La siccativation, séchage par oxydation :  après évaporation des solvants, une lente oxydation du liant a lieu par l'oxygène de l'air.
Séchage par réticulation ( polymérisation ).
Citer deux facteurs qui provoquent l’altération des couleurs des peintures.
Le rayonnement solaire, l'humidité, la température, l'acidité.
Un pigment (encre) noté A apparaît jaune lorsqu’il est éclairé en lumière blanche.
Préciser les couleurs diffusées et absorbées par A.
Ce pigment absorbe le bleu, couleur complémentaire du jaune. Il diffuse le rouge et le vert.
 On effectue un mélange dans les mêmes proportions entre le pigment A et un pigment B. Le mélange apparaît alors rouge lorsqu’il est éclairé en lumière blanche.
Quelle est la couleur du pigment B lorsque celui-ci est exposé seul en lumière blanche ? Justifier la réponse.
Le magenta B absorbe sa couleur complémentaire, le vert ; cette encre diffuse le rouge et le bleu.
Le jaune A absorbe sa couleur complémentaire, le bleu ; cette encre diffuse le rouge et l
e vert.
Le mélange apparaît rouge : c'est la couleur commune diffusée par les deux encres.

Quelle serait la couleur d’un troisième pigment C qui, mélangé aux deux précédents, donnerait du noir ?
Le pigment C doit absorber le rouge, il s'agit donc du cyan.





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