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BACCALAURAT TECHNOLOGIQUE

STD ARTS APPLIQUS SESSION 2015

PREUVE : PHYSIQUE-CHIMIE

MERCREDI 24 JUIN 2015

Dure : 2 heures

Coefficient : 2

La calculatrice (conforme la circulaire N99-186 du 16-11-99) est autorise.

La clart des raisonnements et la qualit de la rdaction interviendront dans l'apprciation des copies.

IMPORTANT Ce sujet comporte 7 pages numrotes de 1/7 7/7

Assurez-vous qu'il est complet ; s'il est incomplet, veuillez le signaler au surveillant de la salle qui vous en remettra un autre exemplaire.

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Document 2 : Secrets du pigment bleu gyptien [] Des analyses ont t effectues sur dix pains de pigments gyptiens bruts. [] Ces pains devaient fournir beaucoup plus d'informations que des fragments de peinture prlevs sur une uvre d'art, dans la mesure o le pigment navait t ni broy, ni mlang un autre matriau. Toutefois la recherche sest largie cinquante prlvements de matire picturale, sous forme dcailles de 1 mm2, provenant dobjets polychroms sur diffrents supports (bois, cramique). [] Le bleu gyptien est un matriau composite associant de la cuprorivate (CaCuSi4O10), des espces siliceuses polymorphes (quartz et/ou tridymite) et des rsidus de fabrication dans une phase silicate amorphe plus ou moins abondante. Le pigment sobtient par cuisson en atmosphre oxydante entre 870C et 1100C (temprature de stabilit de la cuprorivate) suivie dun refroidissement lent dans le four, dun mlange contenant environ 19% de cuivre et environ 1% de sodium. []

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doschim/decouv/couleurs/loupe_pigments3.html

Donnes : - clrit de la lumire : c = 3,00.108 m.s-1 - constante de Planck : h = 6,63.10-34 J.s - nergie dun rayonnement de frquence : E = h

LE BLEU

Partie A : Le bleu et lart (7,5 points)

Document 1 : Gravure leau forte (acide nitrique) La gravure l'eau forte est une mthode de reproduction ancienne. Ce procd de gravure sur mtal s'effectue par l'intermdiaire d'un acide. [] Une planche de mtal (fer ou cuivre) est recouverte sur ses deux faces d'une fine couche de vernis destine la protger de la morsure de l'acide. l'aide d'une pointe dure, le graveur entaille le vernis selon le trac du dessin qu'il veut obtenir. Il fait ainsi apparatre, par endroits, le mtal dbarrass de sa couche protectrice. Ce sont ces parties du mtal dnud qui seront attaques, lorsque le graveur plongera la plaque dans son bain d'eau forte. L'action de celle-ci juge suffisante, le graveur sort la plaque, la rince l'eau claire, puis enlve le vernis protecteur, dcouvrant ainsi toute la surface de la planche, qui prsente des creux aux endroits o l'acide a agi. [] La plaque peut alors tre encre puis mise sous presse.

http://www.larousse.fr/encyclopedie/peinture/eau-forte/152018

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En utilisant vos connaissances et les documents ci-dessus, rpondre aux questions suivantes.

A.1. Gravure dune plaque de cuivre et bain bleu A.1.1. La plaque de cuivre subit diffrents traitements.

A.1.1.1. Quel est le rle du vernis appliqu sur cette plaque ? A.1.1.2. Quel est le rle du bain dans lacide nitrique (appel eau forte ) ? A.1.1.3. Quel est le rle du bain leau claire ?

A.1.2. Lorsque la gravure est termine, la plaque de cuivre Cu(s) est plonge dans une solution incolore dacide nitrique de formule H+(aq) + NO3(aq) , anciennement appele eau forte : le cuivre dnud est alors attaqu par les ions nitrate NO3 (aq) et la solution devient bleue avec lapparition dions cuivre Cu2+(aq) .

A.1.2.1. Pour expliquer la formation de la solution bleue, crire la demi-quation lectronique associe au couple Cu2+(aq) / Cu(s) qui traduit la transformation chimique subie par le mtal cuivre.

A.1.2.2. Le mtal cuivre est-il un oxydant ou un rducteur ? Justifier. A.1.3. La demi-quation lectronique relative aux ions nitrate est : NO3(aq) + 4 H+(aq) + 3 e- NO(g) + 2 H2O(l)

A.1.3.1. crire le couple oxydant-rducteur auquel les ions nitrate appartiennent. A.1.3.2. Les ions nitrate sont-ils rduits ou oxyds lorsque la solution se colore en bleu ?

A.1.4. crire lquation bilan de la raction entre les ions nitrate et la plaque mtallique de cuivre.

A.2. Analyses dun pigment bleu A.2.1. Le bleu gyptien est-il un pigment naturel ou synthtique ? Justifier daprs le

document. A.2.2. Dautres analyses ont t faites partir de prlvements de cramiques. Dfinir la

famille des cramiques. A.2.3. Aprs analyse, le bleu gyptien a t dfini comme un matriau composite. Donner

une dfinition de ce terme. A.2.4. Lanalyse du pigment bleu a galement mis en vidence la prsence de zones

amorphes. Prciser le sens du terme amorphe . A.2.5. La composition du pigment bleu gyptien a t dduite dune analyse aux rayons X.

A.2.5.1. quel type dondes appartiennent les rayons X ? A.2.5.2. Les rayons X peuvent tre considrs comme un ensemble de corpuscules

porteurs dnergie. Comment nomme-t-on ces corpuscules ? A.2.5.3. Calculer la valeur de la frquence des rayons X dnergie E = 5,68.10-19 J.

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Partie B : Le cube deau de Pkin (10 points)

Document 3 : Description de lancienne piscine olympique Le centre national de natation a la forme dun cube surnomm Nid d'oiseau en raison de ses caractristiques architecturales. Ses dimensions sont : 177 m de largeur pour 30 m de haut.

La structure en acier ressemble un grand nid. Elle soutient des bulles extrieures faites en revtement ETFE enfermant des sacs air.

Le systme dclairage base de LED (Diodes Electroluminescentes) fait apparatre le btiment bleu par beau temps, jaune au crpuscule, blanc par temps maussade.

Document 4 : LETFE L'thylne ttrafluorothylne (ETFE) est un copolymre de l'thylne et du fluorothylne, se prsentant sous la forme dun film. Cest un matriau transparent, moins dense que le verre, laissant passer environ 90% de la lumire visible, mais absorbant une grande partie de la lumire infra-rouge. Il est aussi lastique, trs rsistant la dchirure et aux diffrences de pression et de temprature.

Donnes : Formules de conjugaison et de

grandissement:

http://quilaztli.over-blog.com/2014/02/cube-d-eau-water-cube-beijing-chine-jeux-olympiques-

2008-lieu-insolite.html

Document 5 : Les diverses couches dun capteur CCD

Document 6 : Fiche technique de lAPN Type : Appareil photo rflex numrique Dimensions (L x H x P) : 125 x 96 x 76,5 mm Viseur : viseur de type reflex

Capteur dimage : Type : capteur CMOS 23,2 15,4 mm Nombre de pixels effectifs : 6016 4000

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En utilisant vos connaissances et les documents ci-dessus, rpondre aux questions suivantes. B.1. Le cube deau

B.1.1. Rappeler les deux principaux constituants de lalliage formant la structure du cube. B.1.2. A quelle famille de matriaux appartient lETFE formant la faade du cube ? B.1.3. Donner deux raisons justifiant lemploi de lETFE plutt que le verre minral.

B.2. Appareil Photographique Numrique (APN)

B.2.1. LAPN est muni dun capteur CMOS composs de photosites (parfois appels pixels ) ou cellules photosensibles.

B.2.1.1. Rappeler la fonction dun photosite en prcisant ce que reprsentent les flches et sur le document 5.

B.2.1.2. Sur le document 5, que reprsentent les lettres R, V, B sur la matrice de Bayer ?

B.2.1.3. quel type de synthse les couleurs R, V, B se rapportent-elles ? B.2.1.4. Indiquer quel(s) photosite(s) est (sont) activ(s) pour restituer les diffrentes

couleurs du cube deau : B.2.1.4.a. par beau temps ; B.2.1.4.b. au crpuscule ; B.2.1.4.c. par temps maussade.

B.2.2. Dfinir, puis calculer la dfinition du capteur CMOS de lAPN dcrit dans le document 6.

B.2.3. LAPN considr est du type reflex . Quel avantage apporte la prsence du miroir pour la vise dans ce type dappareil ?

B.3. Photographie du cube deau

Un touriste utilise lAPN dcrit dans le document 6 avec un objectif 18-135 mm dont la focale est rgle 35 mm. Un soir, il place son appareil 300 m dune des faades du cube. B.3.1. Reproduire, sans souci dchelle, le schma suivant et le complter en construisant

limage AB de lobjet AB (la faade) laide de trois rayons particuliers.

O F F

A

B

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B.3.2 B.3.2.1. Dterminer la distance entre limage sur le capteur CMOS et lobjectif lorsque

la mise au point est ralise sur le cube. B.3.2.2. Calculer la largeur de limage du cube sur le capteur. B.3.2.3. Montrer alors que le cube apparatra en entier sur la photo.

B.3.3. Sans changer de position, le touriste, aprs avoir pris la photo 1 ci-dessous, ralise la photo 2. Quel changement de rglage a-t-il opr ?

Photo 1 Photo 2

http://whitey.net/fr/chine-pekin-photos-10.htm

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F O

F O

(a)

(b)

Partie C : Le grand bleu (2,5 points) La plonge subaquatique ncessite une bonne acuit visuelle, car la vue est le principal sens qui permet la communication entre plongeurs. Cependant, lil humain nest pas adapt pour voir sous leau de faon nette et certains phnomnes comme la disparition des couleurs avec la profondeur sont amplifis sous l'eau.

Document 7 : Vision dans lair et dans leau

La vision et ses dfauts C.1. Dans lair et dans leau, les grandeurs caractristiques de lil changent.

C.1.1 Daprs les documents et vos connaissances, comment la distance focale f dun il au repos volue-t-elle lorsquon passe de lair leau ?

C.1.2. Comment volue alors sa vergence C ?

C.2. La vision floue sous leau peut tre compare un dfaut de lil. C.2.1. Daprs les documents et vos connaissances, sous leau, o se forme limage dun objet

lointain pour un il normal naccommodant pas ? C.2.2. A quel dfaut de lil correspond alors la vision sous leau ? C.2.3. La correction apporte par un masque de plonge correspond-elle celle dune lentille

convergente ou divergente ?

Dans lair, un il normal au repos voit des objets loigns nets. (Doc 7.a).

Dans leau, limage de ces objets loigns ne se forme plus sur la rtine (Doc 7.b) : la vision nest plus nette.

Avec un masque de plonge, la vision de ces objets loigns est nouveau nette (Doc 7.c).

Doc 7.a

Doc 7.b

Doc 7.c

Document 8 : Modles rduits de lil illustrant la vision dans lair (a) et dans leau (b)

http://lecerveau.mcgill.ca/flash/capsules/outil_bleu16.html