F iche professeur

PROGRAMME DE TERMINALE S : ENSEIGNEMENT DE SPÉCIALITÉTHÈME 3 : MATÉRIAUX

TYPE D’ACTIVITE : DOCUMENTAIRE (en français et en anglais)

VERS LA FIN DE LA CORVEE DE VITRES ?

Domaines d’étude Mots clés Compétences attendues

Nouveaux matériaux Verre

cristaux liquides

matériaux nanostructurés

Capacités transversales : Extraire des informations

utiles pour identifier des problématiques.

Recherche des mots clés et compréhension de l’énoncé

Rédiger à l’aide de phrases complètes.

Argumenter en utilisant le vocabulaire scientifique adéquat.

SOURCES D’INFORMATIONS :

http://actions.maisondelachimie.com/index-p-colloque_videos-i-0.html.

http://news.bbc.co.uk/2/hi/technology/3770353.stm

Publication : « La chimie et l’art ». Le génie au service de l’homme EDP Sciences

Lycée Beauregard Montbrison Académie de Lyon

Fiche élève

VERS LA FIN DE LA CORVEE DE VITRES ?

Consigne :

Visionner les deux séquences 08 :15 11 :41 et 19 :05 20 :31 du colloque matériaux inorganiques et hybrides bio-inspirés de la maison de la chimie par Clément Sanchez

http://actions.maisondelachimie.com/index-p-colloque_videos-i-0.html.

Lire les documents 1 et 2, extraits de « La chimie et l’art. Le génie au service de l’homme EDP Sciences » puis répondre aux questions qui suivent (pour les définitions, vous pourrez vous aider de votre livre de classe).

Lire le document 3, en anglais. Répondre aux questions qui suivent, en français.

L’histoire des nanotechnologies du verre a vu le jour très tôt, comme en témoignent les agrégats métalliques des verres Ruby. Mais elle n’est pas encore finie : l’industrie actuelle du verre utilise à son tour d’autres types de nanotechnologies, de plus en plus maîtrisées, et l’on sait maintenant que l’on fait de la nanotechnologie…. pour notre bien-être.

Document 1 Le vitrage à translucidité contrôlée

Un vitrage appelé Privalite a été développé pour l’utiliser de manière très astucieuse dans les bureaux modernes : il est au départ translucide, c’est-à-dire ne laisse passer qu’une lumière diffuse, sans permettre de distinguer les objets au travers ; puis il suffit d’appuyer sur un bouton de télécommande pour qu’il devienne transparent, cette manœuvre étant réversible. Quelle technique se cache derrière ce tour de passe-passe ? Le vitrage est constitué de deux plaques de verre, entre lesquelles on a introduit une lame de polymère [plastique] contenant de petites gouttes de cristaux liquides. Or ces gouttes de cristaux liquides sont capables de s’orienter dans un sens précis sous l’effet d’un champ électrique. Afin de pouvoir créer ce champ entre les deux plaques de verre, on recouvre le verre d’une couche conductrice transparente. Au moment d’appliquer le champ, les gouttes de cristaux liquides vont toutes adopter la même orientation, c’est-à-dire celle parallèle au champ électrique. C’est en contrôlant la taille des gouttes de cristaux liquides, de manière à ce qu’ils acquièrent le même indice de réfraction que celui du polymère où ils baignent, que l’on obtient un milieu homogène. Autrement dit, l’ensemble laisse parfaitement passer la lumière : on a un vitrage transparent. En l’absence de champ électrique, les cristaux liquides reprennent une orientation aléatoire, donc leur indice de réfraction devient de celui du polymère : le milieu est alors dispersif et translucide, comme celui d’un verre dépoli.

Ce principe est utilisé par des artistes qui cherchent à faire apparaitre des figures sur la surface du verre. C’est aussi celui utilisé pour l’affichage par cristaux liquides que l’on trouve dans de nombreux appareils comme les réveils, les ordinateurs, ou encore des panneaux d’annonces dans les gares, etc.

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QUESTIONS

1) A propos de l’effet lotus… a- Qu’appelle-t-on approche biomimétique ?b- Quels sont les deux phénomènes qui permettent d’expliquer que l’eau ne mouille pas la feuille ou

la fleur de lotus ?c- Représenter sur un schéma une goutte d’eau sur une feuille de lotus ou une surface en téflon.

2) A propos des verres autonettoyants … a- A quel type de matériau appartient l’oxyde de titane TiO2 ?b- Définir ce qu’est un photo catalyseur.c- Expliquer comment l’oxyde de titane de type anatase peut favoriser la dépollution.d- Quelle propriété possèdent des verres traités par TiO2 ?

3) A propos des vitrages à translucidité contrôlée… a- Définir ce que l’on appelle un cristal liquide.b- Expliquer comment un verre Privalite permet de passer de façon réversible d’un état translucide à

un état transparent.c- Citer des applications des cristaux liquides.

Lycée Beauregard Montbrison Académie de Lyon

Document 2Le verre autonettoyantLe principe du verre autonettoyant repose sur une propriété caractéristique de l’oxyde de titane TiO2 quand il est sous la forme cristalline appelée anatase. En effet, l’oxyde de titane anatase est un « photo catalyseur », c’est-à-dire que toute tache de graisse déposée sur sa surface se décompose quand elle est éclairée par un rayonnement ultraviolet ou même visible. Cette réaction ne détériore ni l’oxyde de titane ni le verre sur lequel ce catalyseur est déposé. Afin de créer un verre autonettoyant, on dépose donc sur le verre une couche d’anatase de l’ordre d’une centaine de nanomètres, qui permet la décomposition catalytique des graisses.

La Pyramide du Louvre a été inaugurée en 1989. Si elle était construite de nos jours, la pose d’un vitrage autonettoyant serait une évidence.

QUESTIONS

1) Donner la formule du dioxyde de titane. Citer d’autres exemples d’utilisation de ce composé.

2) Quelles sont les deux propriétés du dioxyde de titane ?

3) Préciser le domaine des longueurs d’ondes des ultraviolets.

4) Quel est impact sur l’environnement de l’utilisation de ce verre autonettoyant ?

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Document 3Self-cleaning glass

The Pilkington Activ Glass has a special nano-scale-extremely thin- coating of microcrystalline titanium dioxide which reacts to daylight.This reaction breaks down filth on the glass, with no need for detergent. When water hits it, a hydrophilic effects is created, so water and dirt slide off.Pilkington Activ Glass is based on titanium dioxide but usually it is a white powder which is not ideal for glass because you can’t see through it.They used it in a thin film form – 15 nanometres thick- so it appears as close to normal glass as it can.Althrough not strictly nanotechnology, the special coating and the chemical reactions happen at the nano-scale.The titanium dioxide coating on the glass has two properties that made it so special.It absorbs sunlight – ultraviolet radiation – which causes what is called a photocatalytic effect.Secondly, the coating makes the surface of the glass hydrophilic. This means that when water hits the surface of the coated glass the water droplets attract each other forming a sheet, rather than individual droplets.It will cut down on the need to clean windows so often, and it will reduce the need for noxious agents.

http://news.bbc.co.uk/2/hi/technology/3770353.stm