Les céramiques, photographie, numérisation. Bac Sti2A 2014

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La céramique et ses colorants.
Qu’appelle-t-on une céramique ?
Une céramique est un objet façonné à partir de terres qui subit une cuisson rendant sa transformation irréversible.
 Indiquer les utilisations historiques (datant d’avant le XXe siècle) des céramiques.
Utilisation domestique (plat et jarres) ; moyen d'expression artistique; tuiles et briques en maçonnerie.
 A partir de quel matériau de base cette amphore en céramique est-elle formée ? Qu’a-t-il de particulier ?
De l'argile riche en oxyde de fer.
La céramique comporte deux couleurs, du rouge-orangé et du noir.
Quels sont les matières colorantes donnant ces deux couleurs ?
L'argile riche en oxydes de fer donne la couleur rouge-orangée ; la décoration noire est due à l'oxyde magnétique Fe3O4, résultant de l'oxydation de FeO après cuisson.
Ces matières colorantes sont-elles minérales ou organiques ? Justifier.
Ces matières colorantes contiennent des oxydes de fer : leur origine est minérale.
Définir et distinguer un colorant et 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 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.

Première étape de la cuisson de la céramique.
Le matériau utilisé pour la fabrication de cette amphore contient beaucoup de fer, présent principalement sous forme d’oxyde ferrique (Fe2O3) constitué à partir d’ions Fe3+, ou d’oxyde ferreux (FeO) constitué à partir d’ions Fe2+. Dans ces deux oxydes, l’oxygène est sous forme d’ions O2-. La première étape de la cuisson a pour but de transformer tous les ions Fe2+, constituants de l’oxyde ferreux, en ions Fe3+, constituants de l’oxyde ferrique.
Montrer que la formule brute de ces deux oxydes vérifie bien la neutralité électrique.
FeO : Fe2+ +O2- ; Fe2O3 : 2Fe3+ + 3O2-.
On étudie le couple d’oxydoréduction Fe3+/Fe2+.
Ecrire la demi-équation d’oxydoréduction correspondante. Indiquer le réducteur et l’oxydant de ce couple.
Fe2+ est le  réducteur ; Fe3+ est l'oxydant. Fe3+ +e- = Fe2+.
Le deuxième couple intervenant dans cette réaction de transformation est celui du dioxygène en milieu anhydre O2/O2-. Sa demi-équation d’oxydoréduction est : O2 + 4 e- = 2 O2-.
Indiquer le réducteur et l’oxydant de ce couple.
O2 est l'oxydant et O2- le réducteur.
Ecrire l’équation bilan de cette transformation impliquant les deux couples.
 4Fe2+= 4Fe3+ +4e- ;
O2 + 4 e- = 2 O2-.
Ajouter :  4Fe2++O2 + 4 e- = 4Fe3+ +4e- + 2 O2-.
Simplifier : 4Fe2++O2 = 4Fe3+ + 2 O2-.
4 FeO + O2 =2Fe2O3.
 Justifier la coloration rouge de la céramique à la fin de cette étape.
Fe2O3 est de couleur rouge.
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Deuxième étape de la cuisson de la céramique.
La deuxième étape de cuisson cherche à transformer l’oxyde ferrique (Fe2O3) en magnétite (Fe3O4).
Quelle est la couleur du vase à la fin de cette étape ?
La magnétite est de couleur noire.
Troisième et dernière étape de la cuisson de la céramique.
A la fin de l’étape précédente, les parties badigeonnées à l’enduit noir se « vitrifient » (c’est-à-dire se transforment en verre) et deviennent imperméables à l’eau et à l’air.
Expliquer la modification structurelle apportée par une vitrification (transformation en verre). Comment qualifie-t-on une telle structure ?
La magnétique est un solide de structure cristalline. Les ions s'organisent en une structure géométrique.
Un verre est amorphe, les atomes ne respectent aucun ordre à faible ou moyenne distance.
Expliquer l’obtention des deux couleurs différentes en fin de cuisson.
Les parties colorées, vitrifiées,( donc imperméables ) sont constituées d'oxyde magnétique de couleur noire.
Les autres parties, perméables, constituées de Fe2O3 et FeO, sont oxydées par le dioxygène de l'air en Fe2O3 et sont donc rouges.

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Aspect de l’amphore.

L’amphore est colorée en deux couleurs : une rouge-orangée qui sera notée A, et l’autre noire qui sera notée B. Le colorant A sera étudié plus en détails.
L’oeil humain fonctionne en trichromie. Toutes les couleurs qu’il voit sont donc composées grâce à la synthèse de trois couleurs primaires. Pour simplifier, nous allons considérer que les
domaines de longueur d’onde de ces trois couleurs sont :
- a : de 400 nm à 500 nm ; - b : de 500 nm à 600 nm ; - c : de 600 nm à 800 nm
Quelles sont les trois couleurs que voit l’oeil humain ? Attribuer une couleur à chaque domaine de longueur d’onde.
Rouge ( 600 à 800 nm ), bleu ( 400 à 500 nm ), vert ( 500 à 600 nm).
Nommer les rayonnements ayant des longueurs d’onde juste en dessous de 400 nm et celles ayant des longueurs d’onde juste au-dessus de 800 nm.
Les UV ont des longueurs d'onde inférieures à 400 nm ; les infrarouges ont des longueurs d'onde supérieures à 800 nm.
En vous servant du spectre d’absorption UV-visible de la couleur A, expliquer la couleur rouge-orangée de A.
A présente un maximum d'absorption entre 300 et 450 nm, donc dans le proche UV et dans le bleu. La couleur de A sera complémentaire du bleu, soit jaune orangé, rouge.
Le spectre d’absorption UV-visible de la couleur A possède un maximum d’absorption pour une longueur d’onde lmax = 372 nm.
Exprimer l’énergie Emax en fonction de la longueur d’onde lmax. Calculer l’énergie Emax.
Emax = h c / lmax= 6,63 10-34*3,00 108 / (372 10-9) =5,35 10-19 J.
 Quelle(s) couleur(s) absorbe le colorant B pour donner sa couleur noire ?
B absorbent les trois couleurs primaires, bleu, rouge, vert.
Phtographie de l'amphore.
Un touriste en visite au Louvre prend une photo de cette amphore avec son téléphone portable (Capteur CMOS : 8 millions de pixels (8 Mpx) Focale : 8,00 mm
Profondeur des couleurs: 16 millions de couleurs Flash: LED ). Il place son appareil à 1,00 m de l’amphore pour prendre le cliché.
Réaliser, sans échelle précise, un schéma de la situation en utilisant les conventions usuelles.


L’objet sera représenté par un segment AB et l’image par un segment A’B’. Le centre de la lentille de l’objectif est noté O et les foyers F et F’.
Déterminer la valeur de la distance de l’image à l’objectif.

L’amphore mesure 68,5 cm de haut. Déterminer la taille de son image sur le capteur.
Valeur absolue du grandissement : 8,0645 10-3 ; taille de l'image : 68,5 * 8,0645 10-3 =0,0552 cm.
 Sur la photo, on observe que l’arrière plan situé à 10 m est net, tout comme l’amphore.
Donner une définition de la profondeur de champ.
La profondeur de champ désigne l'espace qui sera net lors de la prise de vue.
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.
Pourquoi la profondeur de champ est-elle si grande ?
La distance focale est très faible.
 Est-il nécessaire d’avoir une grande profondeur de champ pour cette photo ? Expliquer.
Une grande profondeur de champ intègre bien l'amphore dans son environnement.



Traitement de l’image numérique de l’amphore.
On rappelle que sur l’amphore apparaissent deux couleurs, une rouge-orangée (notée A) et l’autre noire (notée B). Une fois la photo prise, le fichier image de la photo est ouvert dans un programme de
traitement des images numériques.  La photo a été prise avec 8 millions de pixels (soit 8 Mpx).
Définir le terme « pixel ».
Un pixel est l'unité de base permettant de mesurer la définition d'une image numérique matricielle.
Ces 8 Mpx correspondent-ils à la résolution ou la définition ?
La définition d'une image est le nombre de points la composant. En image numérique, c'est le nombre de pixels la composant.
Les deux couleurs sont encodées par trois composantes RVB. Chaque composante est définie par un nombre allant de 0 à 255, 0 étant un minimum d’intensité et 255 un maximum.
Deux pixels (1 et 2) sont choisis, un dans une zone rouge-orangée (couleur A) et l’autre dans une zone noire (couleur B).

Pixel 1 Pixel 2
R V B R V B
0 0 0 200 100 0
Quelle est la signification de chacune des lettres R, V et B ? Rouge, Vert, Bleu.
Indiquer le type de synthèse utilisé par l’écran de l’ordinateur. Synthèse additive.
Attribuer à chaque pixel sa couleur. Justifier.
Le pixel 1 est noir : chaque composante est définie par zéro, minimum d'intensité.
Pixel 2 : le rouge a une forte intensité, le vert une intensité plusfaible, et le bleu est absent. Le pixel 2 est rouge orangé.
Lorsque l’image de la photo est imprimée en couleurs, un autre système de trois composantes CJM est utilisé. A nouveau, chaque composante est définie par un nombre allant de 0 à 255, 0 étant
un minimum d’intensité et 255 un maximum. Deux autres pixels (3 et 4) sont choisis, un dans une zone rouge-orangée (couleur A) et l’autre dans une zone noire (couleur B).
Pixel 3 Pixel 4
C J M C J M
0 100 200 200 200 200

Quelle est la signification de chacune des lettres C, J et M ? Cyan, Jaune, Magenta.
Indiquer le type de synthèse utilisé par l’imprimante. Synthèse soustractive.
Attribuer à chaque pixel sa couleur. Justifier.
Pixel 3 : le magenta a une forte intensité ; cette encre diffuse le rouge et le bleu.
Le jaune a une intensité plus faible : cette encre diffuse le rouge et le vert.
Le cyan est absent. La couleur commune diffusée par les deux encres est le rouge.
Pixel 4 : le magenta a une forte intensité ; cette encre diffuse le rouge et le bleu.
Le jaune a la même intensité : cette encre diffuse le rouge et le vert.
Le cyan a la même intensité : cette encre diffuse le bleu et le vert.
La couleur commune diffusée par les trois encres est le noir.



  

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