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.