Comment protéger la coque d`un bateau de la corrosion

Problème : Comment protéger la coque d’un bateau de la corrosion ?
 La corrosion est un phénomène bien connu des marins. Les bateaux dont la coque est en acier en sont victimes et
doivent en être protégés. Une méthode de protection consiste à poser à la surface de la coque des blocs de métal
que l’on appelle « anodes sacrificielles ».
Anode sacrificielle
Image provenant du site www.hisse-et-oh.com
 L’objectif de l’exercice est d’évaluer, à l’aide des documents ci-après, la masse de l’anode sacrificielle
nécessaire à la protection d’un bateau.
Document 1 : Le phénomène de corrosion
 La corrosion d’un métal M est sa transformation à l’état de cation métallique Mk+ par réaction avec le dioxygène
dissous dans l’eau.
 Le métal perd un ou plusieurs électrons, il est oxydé selon la demi-équation oxydant/réducteur :
M
Mk+ + k e-.
 Une mole de métal oxydé produit k moles d’électrons.
Document 2 : Potentiels standard de différents métaux
 Pour prévoir les réactions d’oxydoréduction, on peut s’appuyer en première approche sur l’échelle suivante,
appelée échelle des potentiels standard. Tous les couples oxydant/réducteur peuvent être classés par leur
potentiel standard.
 Échelle des potentiels standard de quelques couples à 20°C :
Élément
Couple
2+
Potentiel standard (V)
Plomb
Pb / Pb
-0,126
Étain
Sn2+ / Sn
-0,138
Nickel
Fer
Zinc
Aluminium
2+
-0,257
2+
-0,447
2+
-0,760
3+
-1,67
Ni / Ni
Fe / Fe
Zn / Zn
Al / Al
2+
Magnésium
Mg / Mg
-2,37
 Lorsque deux métaux sont en contact et peuvent être oxydés par le dioxygène, c’est celui dont le couple a le
potentiel standard le plus faible qui s’oxyde : il constitue l’anode et protège l’autre métal qui ne réagira pas.
Document 3 : Protection d’un bateau avec coque en acier
 Lors de l’oxydation de l’anode sacrificielle, il s’établit un courant de protection au niveau de la surface S de la
coque immergée. Sa densité de courant moyenne, intensité de courant par unité de surface, vaut : j = 0,1 A.m-2.
I
La densité de courant a pour expression j = où I est l’intensité du courant et S la surface.
S
 Ce courant a son origine dans la charge électrique échangée lors de la réaction d’oxydoréduction.
 L’intensité I d’un courant électrique peut s’exprimer en fonction de la charge électrique Q échangée au cours de
Q
la réaction pendant une durée t : I =
t
où, dans le système international, I s’exprime en ampère (A), Q en coulomb (C) et t en seconde (s).
16/09/2015
C07_electrolyse_zinc_pb01.doc
1/2
Questions préalables
1) Un bateau possède une coque en acier donc composée essentiellement de fer. Écrire la demi-équation de
l’oxydation du fer métallique en considérant uniquement les couples du document 2.
2) Citer en justifiant votre réponse, les métaux du tableau du document 2 susceptibles de protéger la coque en
acier d’un bateau. Pourquoi l’anode utilisée est-elle qualifiée de « sacrificielle » ?
Problème
 On désire protéger pendant une année la coque en acier d’un bateau par une anode sacrificielle en zinc. La
surface de coque immergée dans l’eau de mer vaut S = 40 m². Une anode sacrificielle sur une coque de bateau
doit être remplacée quand elle a perdu 50 % de sa masse.
3) Quelle est la masse totale d’anode sacrificielle en zinc qu’on doit répartir sur la coque pour la protéger
pendant une année ? Exercer un regard critique sur la valeur trouvée.
Données
 Masse molaire du zinc : M = 65,4 g.mol-1
 Une mole d’électrons possède une charge électrique q = 9,65×104 C
Remarque
 L’analyse des données, la démarche suivie et l’analyse critique du résultat sont évaluées et nécessitent d’être
correctement présentées.
Barème officiel pour s’auto-évaluer
Compétences évaluées
Critère de réussite correspondant au niveau A
A
B
C
D
La demi équation d’oxydation du fer, la liste des
métaux capable de protéger le fer et la notion de
S’approprier
Extraire des informations
sacrificielle est cohérente avec les indications du
document.
Exploitation de la densité de courant pour
exprimer la charge électrique échangé sur une
Analyser
année.
Organiser et exploiter ses
Exploitation de l’oxydation pour exprimer la
connaissances ou les informations
charge électrique échangée par mole et le nombre
extraites Construire les étapes d’une
de mole de zinc consommer par an
résolution d’un problème (série S)
Introduction de la masse cherchée en lien avec la
masse molaire.
Les calculs menés sont techniquement justes
Réaliser
indépendamment d’erreur résultent d’une
Effectuer des calculs littéraux ou
mauvaise analyse. Les unités sont correctement
numériques
maîtrisées
L’élève pose un regard critique sur la valeur de la
masse trouvée par exemple en
comparant la masse trouvée et celle estimée du
Valider
bateau. Ce n’est pas la justesse du résultat qui est
Faire preuve d’esprit critique
évalué. Il émet une hypothèse sur une source
d’erreur possible quand son résultat lui parait
aberrant
Note en point entier : ............ /5
 Majorité de A et B : 5 points
 Majorité de C et D : 1 point
16/09/2015
C07_electrolyse_zinc_pb01.doc
2/2