Le bleu et l'art, le cube d'eau de Pekin. Bac STD A 2015.



A.1. Gravure d’une plaque de cuivre et bain bleu.
A.1.1. La plaque de cuivre subit différents traitements.
A.1.1.1. Quel est le rôle du vernis appliqué sur cette plaque ?
Le vernis protège le cuivre de la morsure de l'acide.
A.1.1.2. Quel est le rôle du bain dans l’acide nitrique (appelé « eau forte ») ?
L'acide attaque le cuivre mis à nu par la gravure.
A.1.1.3. Quel est le rôle du bain à l’eau claire ?
Le rinçage à l'eau élimine l'excès d'acide.
A.1.2. Lorsque la gravure est terminée, la plaque de cuivre Cu(s) est plongée dans une solution incolore d’acide nitrique de formule H+(aq) + NO3(aq) , anciennement appelée eau forte : le cuivre dénudé est alors attaqué par les ions nitrate
NO3(aq) et la solution devient bleue avec l’apparition d’ions cuivre Cu2+(aq) .
A.1.2.1. Pour expliquer la formation de la solution bleue, écrire la demi-équation électronique associée au couple Cu2+(aq) / Cu(s) qui traduit la transformation chimique subie par le métal cuivre.
Cu(s) = Cu2+aq + 2e-.
A.1.2.2. Le métal cuivre est-il un oxydant ou un réducteur ? Justifier.
Le métal cède des électrons, c'est un réducteur qui s'oxyde.
A.1.3. La demi-équation électronique relative aux ions nitrate est :
NO3(aq) + 4 H+(aq) + 3 e- = NO(g) + 2H2O.
A.1.3.1. Écrire le couple oxydant-réducteur auquel les ions nitrate appartiennent.
NO3(aq) /NO(g).
A.1.3.2. Les ions nitrate sont-ils réduits ou oxydés lorsque la solution se colore en bleu ?
Les ions nitrate gagnet des électrons, ce sont des oxydants qui se réduisent.
A.1.4. Écrire l’équation bilan de la réaction entre les ions nitrate et la plaque métallique de cuivre.
3Cu(s) = 3Cu2+aq + 6e-.
2NO3(aq) + 8 H+(aq) + 6 e- = 2NO(g) + 4H2O.
Ajouter et simplifier :
2NO3(aq) + 8 H+(aq) +3Cu(s) = 3Cu2+aq +2NO(g) + 4H2O.
A.2. Analyses d’un pigment bleu.
A.2.1. Le bleu égyptien est-il un pigment naturel ou synthétique ? Justifier.
Le pigment bleu égyptien est un matériau composite, synthétique, obtenu par cuisson en atmosphère oxydante.
A.2.2. D’autres analyses ont été faites à partir de prélèvements de céramiques. Définir la famille des céramiques.
Une céramique est un objet façonné à partir de terres qui subit une cuisson rendant sa transformation irréversible.
A.2.3. Après analyse, le bleu égyptien a été défini comme un matériau composite. Donner une définition de ce terme.
Association de deux matériaux non miscibles dont les propriétés se complètent.
A.2.4. L’analyse du pigment bleu a également mis en évidence la présence de zones amorphes. Préciser le sens du terme « amorphe ».
Un composé amorphe est un composé dans lequel les atomes ne respectent aucun ordre à faible ou à grande distance.
A.2.5. La composition du pigment bleu égyptien a été déduite d’une analyse aux rayons X.
A.2.5.1. À quel type d’ondes appartiennent les rayons X ?
Les rayons X appartiennent aux ondes électromagnétiques.
A.2.5.2. Les rayons X peuvent être considérés comme un ensemble de corpuscules porteurs d’énergie. Comment nomme-t-on ces corpuscules ?
Les photons.
A.2.5.3. Calculer la valeur de la fréquence des rayons X d’énergie E = 5,68.10-19 J.

f = E / h = 5,68 10-19 / (6,62 10-34)=8,58 1014 Hz.




B.1. Le cube d’eau.
Le centre national de natation a la forme d’un cube surnommé « Nid d'oiseau» en raison de ses
caractéristiques architecturales.
B.1.1. Rappeler les deux principaux constituants de l’alliage formant la structure du cube.
Structure en acier, alliage fer, carbone.
B.1.2. A quelle famille de matériaux appartient l’ETFE formant la façade du cube ?
Copolymère de l'éthylène et du fluoroéthylène.
B.1.3. Donner deux raisons justifiant l’emploi de l’ETFE plutôt que le verre minéral.
Matériau transparent, moins dense que le verre, élastique, très résistant à la déchirure et aux différencences de pression et de température.
B.2. Appareil Photographique Numérique (APN).
B.2.1. L’APN est muni d’un capteur CMOS composés de photosites (parfois appelés « pixels ») ou cellules photosensibles.
B.2.1.1. Rappeler la fonction d’un photosite en précisant ce que représentent les flèches 1 et 2 sur le document 5.
1 : énergie lumineuse reçue ; 2 : tension électrique en sortie.
B.2.1.2. Que représentent les lettres R, V, B sur la matrice de Bayer ?
R : rouge ; V : vert ; B : bleu.
B.2.1.3. À quel type de synthèse les couleurs R, V, B se rapportent-elles ?
Synthèse additive.
B.2.1.4. Indiquer quel(s) photosite(s) est (sont) activé(s) pour restituer les différentes couleurs du cube d’eau :
B.2.1.4.a. par beau temps ;
Le bâtiment est bleu, photosite B.
B.2.1.4.b. au crépuscule ;
Le bâtiment est jaune, photosites R, V.
B.2.1.4.c. par temps maussade.
Le bâtiment est blanc, photosites R, V, B.
B.2.2. Définir, puis calculer la définition du capteur CMOS de l’APN décrit.
Nombre de pixels : 6016 x 4000 = 2,40 107 pixels.
Surface du capteur : 23,2 x 15,4 = 357 mm2.
2,40 107 / 357 = 6,7 104 pixels par mm2.
B.2.3. L’APN considéré est du type « reflex ». Quel avantage apporte la présence du miroir pour la visée dans ce type d’appareil ?
Le reflex affiche dans le viseur l'image donnée par le système optique sans conversion numérique.
Le miroir se trouve davant le capteur : il est impossible, avant la prise de vue, d'avoir une image sur l'écran.









B.3. Photographie du cube d’eau.
Un touriste utilise l’APN décrit avec un objectif 18-135 mm dont la focale est réglée à 35 mm. Un soir, il place son appareil à 300 m d’une des façades du cube.
B.3.1. Reproduire, sans souci d’échelle, le schéma suivant et le compléter en construisant l’image A’B’ de l’objet AB (la façade) à l’aide de trois rayons particuliers.

B.3.2
B.3.2.1. Déterminer la distance entre l’image sur le capteur CMOS et l’objectif lorsque la mise au point est réalisée sur le cube.

B.3.2.2. Calculer la largeur de l’image du cube sur le capteur.
Largeur du cube 117 m ; hauteur 30 m.
117 *1,2 10-4 ~1,4 10-2 m = 1,4 cm et 30*1,2 10-4 = 3,6 10-3 = 3,6 mm.
B.3.2.3. Montrer alors que le cube apparaîtra en entier sur la photo.
Dimensions du capteur : 2,32 x 1,54 cm, valeurs supérieures aux dimensions de l'image.
B.3.3. Sans changer de position, le touriste, après avoir pris la photo 1 ci-dessous, réalise la photo 2. Quel changement de réglage a-t-il opéré ?

Il a choisit une plus grande focale.

Partie C : Le grand bleu.
La plongée subaquatique nécessite une bonne acuité visuelle, car la vue est le principal sens qui permet la communication entre plongeurs. Cependant, l’oeil humain n’est pas adapté pour voir sous l’eau de façon nette et certains phénomènes comme la disparition des couleurs avec la profondeur sont amplifiés sous l'eau.
La vision et ses défauts.
C.1. Dans l’air et dans l’eau, les grandeurs caractéristiques de l’oeil changent.
C.1.1 Comment la distance focale f’ d’un oeil au repos évolue-t-elle lorsqu’on passe de l’air à l’eau ?
Dans l'air, un oeil normal au repos voit des objets éloignés nets : l'image est sur la rétine.
Dans l'eau, l'image de ces objets éloignés, se forme derrière la rétine ( image floue ). L'oeil n'est plus assez convergent, sa distance focale augmente.
C.1.2. Comment évolue alors sa vergence C ?
Sa vergence, inverse de la distance focale, diminue.

C.2. La vision floue sous l’eau peut être comparée à un défaut de l’oeil.
C.2.1. Sous l’eau, où se forme l’image d’un objet lointain pour un oeil normal n’accommodant pas ?
En arrière de la rétine.
C.2.2. A quel défaut de l’oeil correspond alors la vision sous l’eau ?
Hypermétropie.
C.2.3. La correction apportée par un masque de plongée correspond-elle à celle d’une lentille convergente ou divergente ?
Lentille convergente.



  

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