Conditionnement à travers le temps... Bac STD A 2015.



PARTIE A : Boites de conserve et canettes de boissons.
De nombreuses boîtes de conserve et canettes pour boissons sont fabriquées à base d’acier ou d’aluminium. Les feuilles métalliques utilisées font l’objet de divers traitements dont l’étamage. Il consiste à recouvrir le métal d’une mince couche d’étain métallique.
A.1. Pour quelle raison procède-t-on à un dépôt d’étain ou de chrome sur les feuilles d’acier destinées à fabriquer les boîtes de conserve ?
Le dépôt d'étain ou de chrome offre une bonne résistance à la corrosion.
A.2. Citer deux facteurs qui peuvent faciliter la corrosion à l’intérieur et à l’extérieur de la boite de conserve.
Le dioxygène de l'air, les acides contenus dans les boissons.
A.3. Donner le nom d’un alliage constitué de fer et le chrome.
Acier inoxydable ou inox.
A.4. Quelles sont les deux techniques possibles pour recouvrir d’étain les feuilles d’acier ?
Trempage des feuilles d'acier dans un bain d'étain en fusion ; électrolyse.
A.5. Le dépôt de chrome métallique par électrolyse fait intervenir l’acide chromique de formule H2CrO4. On admet que ce composé participe au couple oxydant-réducteur noté : H2CrO4 / Cr.
A.5.1. Recopier et compléter la demi-équation électronique de transformation de l’acide chromique lors de l’électrolyse.
H2CrO4 + 6 H+ + 6e-   = Cr +4H2O.
A.5.2. S’agit-il d’une oxydation ou d’une réduction ?
L'acide chromique gagne des électrons, c'est un oxydant qui se réduit.
A.6. Pourquoi l’acier, lorsqu’il est étamé, se trouve-t-il protégé de l’oxydation ?
L'étain, plus réducteur que le fer, s'oxyde à la place du fer. Ce dernier est protégé tant qu'il y a de l'étain.
A.7. Expliquer pourquoi l’aluminium n’a pas besoin d’être étamé pour résister à la corrosion.
L'aluminium est recouvert d'une couche d'alumine protectrice.
A.8. Quels mécanismes sont impliqués dans le séchage d’un vernis organique ?
Les vernis sont ensuite cuits (séchés) pour assurer l’évaporation des solvants et éventuellement, permettre aux réactions de polymérisation de se poursuivre.
A.9. Quel est le comportement de l’oxyde de titane (blanc) vis-à-vis de la lumière blanche ?
L'oxyde de titane est blanc, il diffuse toute la lumière blanche qu'il reçoit.
A.10. Même question si le vernis utilisé était teinté avec un pigment jaune.
Le vernis diffuse le jaune et absorbe le bleu, couleur complémentaire du jaune.
A.11. Que risque-t-il de se produire si les feuilles d’acier sont exposées trop longtemps à l’action de l’acide chlorhydrique ?
Le fer est attaqué en profondeur.




PARTIE B : Clichés réalisés pour une exposition.
Pour décorer un stand d’exposition, au « Forum des matériaux », un fabricant d’acier sélectionne plusieurs clichés effectués à l’aide d’un appareil photo numérique compact.
Les clichés 1 et 2  ont été obtenus pour une même position de l’appareil photographique, par rapport à la scène.

B.1. Quelle action a permis de passer du cliché 1 au cliché 2 ? Justifier.
Le cliché 2 est une image aggrandie du cliché 1, l'appareil photo n'ayant pas changé de place.
On a choisit une plus grande focale pour l'objectif.
B.2. À quel type d’objectif correspond la focale choisie pour le cliché n° 1 ? Même question pour le cliché n°2. Justifier.
Cliché 1, focale équivalente 36,5 mm : objectif standard ;
clichz 2, focale équivalente 105 mm, téléobjectif.
B.3. Pour quel cliché la profondeur de champ est-elle théoriquement la plus grande ? Justifier en indiquant deux arguments.
Cliché 2: en augmentant la distance focale de l'objectif, on diminue la profondeur de champ et on capture une zone plus petite. La profondeur de champ est la plus grande pour le cliché 1.
B.4. Quelle est la définition de ces images ? (On rappellera la signification de cette caractéristique d’une image numérique.)
La définition d'une image numérique est le nombre de pixels la composant.
3648 x 2736 =9,98 106 pixels.
B.5. Le codage numérique d’une de ces images est effectué à raison d’un octet par pixel. En déduire le « poids » du fichier brut, en octets, puis en mégaoctets contenant cette image.
9,98 106 octets ; 1 Mo = 1024 x1024 = 1,049 106 octets ;
9,98 106 / 10242 =9,52 Mo.
Rappel : 1 Mo = 1024 x 1024 octets. (Le « poids » de l’image peut être légèrement supérieur, du fait de la mémorisation de données relatives à l’image.)
B.6. Les clichés sont destinés à réaliser des posters de dimensions 40 x 30 cm. Calculer la résolution de l’image dans ces conditions (réponse en pixels par millimètre (ppmm)).
La résolution est le nombre de pixels par unité de longueur :
3648 / 400 = 9,12 ppmm ; 2736 / 300=9,12 ppmm.
B.7. En déduire que la distance entre les centres de deux pixels consécutifs, sur un poster, est de 0,11 mm.
1 / 9,12 =0,11 mm.
B.8. On admet que si les posters sont regardés à une distance égale à 1 m, les pixels ne seront pas discernés par l’oeil si la distance qui les sépare est inférieure ou égale à 0,3 mm. À quelle propriété de l’oeil fait référence cette affirmation ?
Le pouvoir de résolution de l'oeil est de l'ordre de 0,3 10-3 / 1 = 3 10-4 rad.
B.9. Dans le cas présent, les pixels seront-ils perçus par l’observateur qui regarderait le poster à une distance supérieure ou égale à 1 mètre ?
Non, la distance séparant deux pixelsconsécutifs est inférieure à 0,3 mm.









PARTIE C : Conditionnement de fards dans l’Egypte ancienne.
Le musée du Louvre s’est intéressé à des vases utilisés dans l’ancienne Egypte et destinés à contenir des fards souvent associés à des rites religieux. Des analyses chimiques ont permis d’identifier certains pigments habituellement utilisés dans ces fards.
Pour explorer l’intérieur de ces récipients, des radiographies aux rayons X ont été réalisées. Elles mettent en évidence la présence de plomb correspondant aux zones très blanches des radiographies. En effet, le plomb étant un élément chimique de numéro atomique élevé, il absorbe davantage les rayons X que les éléments de numéro atomique plus petit.
C.1.Situer les rayons X parmi l’ensemble des ondes électromagnétiques.

C.2. Les objets étudiés ont été placés entre la source de rayons X et le papier photosensible. Les images présentées correspondent-elles à des positifs ou à des négatifs argentiques ?
Les images correspondent à des négatifs argentiques.
C.3. L’albâtre, qui constitue la matière des vases, est essentiellement constitué de carbonate de calcium de formule CaCO3 et de carbonate de magnésium de formule MgCO3.
C.3.1 Justifier le fait que la matière constituant les vases absorbe moins les rayons X que les restes de fard.
Les éléments carbone, oxygène, magnésium et calcium ont des numéros atomiques très inférieurs à celui du plomb.
C.3.2 Le bouchon en tissu du vase (b) n’apparaît pas sur la radiographie. Que peut-on en conclure quant aux matériaux qui le constituent ?
Le tissus est constitué essentiellement par les éléments carbone, hydrogène et oxygène, de numéro atomique faible. Le tissu absorbe très peu les rayons X.
C.3.3 Quels pigments peuvent être présents dans les restes de fard ?
Les pigments contenant des métaux lourds, à numéro atomique élevé :Galène PbS, Cérusite PbCO3.
C.4. Les photons X du rayonnement utilisé pour la radiographie possèdent une énergie E = 1,25 keV, soit 2,00.10-16 J.
C.4.1 Exprimer littéralement la longueur d’onde l en fonction de l’énergie E du photon.
l = hc / E.
C.4.2 Calculer cette longueur d’onde en mètre, puis en nanomètre (nm). Rappeler la longueur d’onde minimale du domaine visible et la comparer à la valeur trouvée.
l = 6,62 10-34 *3,00 108 /(2,00 10-16) =9,93 10-10 m = 0,993 nm, valeur très inférieure à 400 nm, limite entre le visible et les UV.
C.5 On admet que les photons X ont des effets identiques à ceux des photons du domaine visible sur une émulsion au bromure d’argent.
C.5.1 Recopier et compléter la transformation en deux étapes qui se produit lors de l’exposition de l’émulsion aux rayons X.
2 Br- --> - Br2 +2e- ;  Ag+ +e- --> Ag(s).
C.5.2 Expliquer le noircissement du papier photosensible, après traitement par le révélateur, aux endroits où la lumière X a frappé les cristaux de bromure d’argent.
Les sels d'argent, en général du bromure d'argent, sont réduits par le révélateur en argent métallique visible qui forme l'image négative.

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