Peinture, corrosion, photographie. Bac Sti2A  2014


Le naufrage de la frégate Méduse.
Ce tableau a un gros problème: il noircit. Certains scientifiques pensent que c'est à cause d'un pigment noir,
le bitume, qui ne sèche pas. Le problème est que les couches supérieures, le glacis et le vernis, sont elles, parfaitement sèches. Elles appuient sur les couches inférieures faisant pression sur le bitume qui s'étale comme
une pâte [...] Si on ne fait rien, le tableau deviendra totalement noir dans quelques dizaines d'années.
D'après « c'est pas sorcier » ‘’ restauration d'oeuvre d'art"
Qu'est-ce qu'un pigment ?
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.
Que fait le bitume de couleur noire lorsqu'il reçoit de la lumière visible ?
Le bitume de couleur noire absorbe toute la lumière visible qu'il reçoit.
Pourquoi le tableau de Géricault noircit-il ?
Le bitume ne sèche pas ; comprimé par les couches supérieures il s'étale.
Quelle transformation physique n'a pas subi le bitume ?
Le bitume est liquide, il ne s'est pas solidifié.
Ce tableau a été examiné par rayons X. Pour cette analyse, on utilise des rayons X ayant pour longueur d'onde 0,80 nm. (1 nm = 10-9 m)
Quel est l'avantage d'étudier les oeuvres sous différents rayonnements électromagnétiques ?
Les RX sont également utilisés pour l'étude des structures en profondeur des tableaux.
L'imagerie en fluorescence d'ultraviolet (UV)  exploite les propriétés de fluorescence du vernis ; elle rend visible les repeints de surface.
L'infrarouge permet de pénétrer dans la couche picturale afin de découvrir un dessin préparatoire ou une signature.

Les rayons X utilisés sont-ils visibles par l’oeil humain ? Justifier.
L'oeil humain perçoit la lumière visible dont les longueurs d'onde s'étendent de 400 à 800 nm. Les longueurs d'onde des RX sont beaucoup plus courtes.
La relation entre la longueur d’onde l et la fréquence n d’un rayonnement est l = c / n. Sachant que la vitesse de la lumière c est égale à 3,00.108 m.s-1 :
préciser l’unité officielle de chacune des grandeurs l et n ;
La longueur d'onde s'exprime en mètre et la fréquence en hertz.
calculer n pour le rayonnement X utilisé.
n = c / l = 3,00 108 / (0,80 10-9)=3,75 1017 ~3,8 1017 Hz.
L’énergie associée à un rayonnement est E = h  c / l  avec h = 6,63.10-34 J.s.
Quelle est l’unité d’énergie du système international ? Joule ( J).
 Calculer l’énergie associée au rayonnement X utilisé.
E = 6,63.10-34 *3,75 1017 ~2,5 10-16 J.
Le naufrage du Titanic.
Structure métallique de la coque.
Quelle est la différence entre le fer et l’acier ?
Le fer est un métal ; l'acier est un alliage de fer et de carbone.
Pourquoi les poutres en acier n’ont-elles pas résisté à la collision avec l’iceberg ?
L'acier de ces poutres était de mauvaise qualité;  cet acier était mécaniquement trop faible.
A quel type de réaction chimique correspond la corrosion d’un métal ?
La corrosion d'un métal est une oxydation.
La corrosion du fer entraîne une réaction chimique mettant en jeu le couple d’oxydoréduction Fe2+/Fe.
Ecrire la demi-équation électronique correspondante.
2Fe(s) = 2Fe2+aq + 4e-.
Dans ce couple, le fer est-il l’oxydant ou le réducteur ?
Le fer joue le rôle de réducteur.
L’autre demi-équation électronique mise en jeu est : O2 + 4 H+ + 4 e- = 2 H2O
Quel est le couple d’oxydoréduction correspondant à cette équation ?
O2 /H2O.
Dans ce couple, le dioxygène est-il l’oxydant ou le réducteur ?
Le dioxygène joue le rôle d'oxydant.
 Ecrire l'équation bilan de la réaction chimique d'oxydoréduction entre le fer et le dioxygène.
Ajouter : 2Fe(s)+ O2 + 4 H+ + 4 e- = 2 H2O+ 2Fe2+aq + 4e-.
Simplifier :
2Fe(s)+ O2 + 4 H+= 2 H2O+ 2Fe2+aq.
De nos jours, on utilise plutôt des aciers inoxydables pour éviter ce phénomène de corrosion.
Quel élément est ajouté à cet acier pour le rendre inoxydable ?
Le chrome.
Par quel phénomène un acier inoxydable est-il protégé de la corrosion ?
Le chrome s'oxyde en présence de dioxygène et forme une couche d'oxyde Cr2O3 compacte, adhérente et protectrice, appelée couche passive.
Dans le cas du Titanic, la corrosion est considérée comme lente. Expliquer.
A 4000 m de profondeur il y a peu de dioxygène dissout et aucune lumière. La corrosion est donc lente.
Les objets témoins du naufrage.
 Comment peut-on expliquer la disparition de tout objet en zinc ?
Le zinc, métal très réducteur, s'oxyde rapidement en ion Zn2+.
Entre le zinc et le fer, quel est le métal le plus réducteur ?
Le zinc est plus réducteur que le fer.
 De nos jours, on place des plaques de zinc contre les coques de bateau pour les protéger de la corrosion. Justifier l’utilisation de ces plaques.
Le zinc s'oxyde à la place du fe r; le zinc joue le rôle d'anode sacrificielle.
Qu’est-ce qu’un métal noble ? Citer un métal noble retrouvé sur l’épave du Titanic.
Un métal noble ( or, argent, platine ) résiste à l'oxydation et à la corrosion.
A quelle famille de matériaux appartiennent les faïences et les porcelaines ?
Les céramiques.




Le naufrage de l'Erika. ( pétrolier qui fit naufrage en 1999 ).
Le photographe utilise un appareil photo numérique de focale 35 mm. Les réglages sont les suivants : (5,6 ; 1/500).
Réglage de l’appareil photographique.
Que signifient les valeurs ( 5,6 ; 1/500 ) ?
N = 5,6 est le nombre d'ouverture et le temps d'exposition est égal à 1/500 s.
Quel type d’objectif a été utilisé ?
Le photographe a utilisé un appareil photo numérique de focale 35 mm : objectif standard à visée reflex.
La partie émergée du bateau mesure 10 mètres et le photographe se situe à une distance de 500 mètres du paquebot.
En utilisant la formule de conjugaison et la valeur de la focale de l’objectif utilisé, déterminer la distance entre l’objectif et l’écran de l’appareil photographique.

Ce résultat était-il prévisible sans calcul ? Justifier.
L'objet peut être considéré comme étant à l'infini. L'image se forme dans le plan focal image.
Déterminer, à l’aide de la formule du grandissement, la taille de l’image sur l’écran de l’appareil photographique.
Valeur absolue du grandissement : OA' / AO = 0,035 / 500 =7,0 10-5.
Taille de l'image : hauteur emmergée * grandissement = 10 *
7,0 10-5= 7,0 10-4 m = 0,70 mm.


Photo 1
Photo 2
Longueur x largeur ( en cm)
8,5 x 6
8,5 x 6
Longueur x largeur ( en pixels) 370 x 248
500 x 370

Comment évolue la distance focale entre la photo 1 et la photo 2 ?
Quand on augmente la distance focale, le champ est resserré et on capture une zone plus petite.
La distance focale augmente entre la photo 1 et la photo 2.

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On compare la profondeur de champ des 2 photos.
Qu’est-ce que la profondeur de champ ?
La profondeur de champ est la distance, mesurée sur l'axe optique, qui sépare les positions extrêmes de l'objet pour lesquelles on peut considérer que l'image qui se forme sur un écran fixe est nette.
Comment évolue la profondeur de champ lorsque la distance focale varie ?
La profondeur de champ augmente quand la focale diminue.
Qu’est-ce qu’un pixel ?
Un pixel est l'unité de base permettant de mesurer la définition d'une image numérique matricielle.
Qu’est-ce que la définition d’une image ? Laquelle des deux photos ci-dessus possède la meilleure définition ? Justifier.
La définition d'une image est le nombre de points la composant. En image numérique, c'est le nombre de pixels la composant.
La photo 1 compte 370*248 ~9,2 104 pixels et la photo 2 compte 500*370 ~1,9 105 pixels. La photo 2 a la meilleur définition.
Qu’est-ce que la résolution d’une image ? Laquelle des deux photos ci-dessus possède la meilleure résolution ? Justifier.
La résolution d'une image est le nombre de pixels par unité de longueur.
Les deux photos ont la même surface : 8,5*6 = 51 cm2.
Densité des pixels sur la photo 1 : 9,2 104 /51 =1,8 103 pixels par centimètre carré.
Densité des pixels sur la photo 2 : 1,9 105 /51 =3,6 103 pixels par centimètre carré.
La photo 2 possède la meilleure résolution.





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