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Épreuve HISTOIRE DES ARTS Arts, espace, temps” et/ou “ Arts, techniques, expressions” « Atomium » par l’ingénieur André Waterkeyn et érigé par les architectes André et Jean Polak pour l’Exposition universelle de 1958 à Bruxelles. SOMMAIRE * Description de l’œuvre (page 2-6) * Aluminium et Acier inoxydable (pages 7-13) * Atome (pages 14-20) * Biographies (page 21) * Expositions Universelles (pages 22-28)

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Épreuve HISTOIRE DES ARTS

“ Arts, espace, temps” et/ou “ Arts, techniques, expressions”

« Atomium » par l’ingénieur André Waterkeyn et érigé par les architectes

André et Jean Polak pour l’Exposition universelle de 1958 à Bruxelles.

SOMMAIRE

* Description de l’œuvre (page 2-6)

* Aluminium et Acier inoxydable (pages 7-13)

* Atome (pages 14-20)

* Biographies (page 21)

* Expositions Universelles (pages 22-28)

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Représentation de l’Atomium.

L’Atomium est un monument de Bruxelles, en Belgique, construit à l'occasion de

l'Exposition universelle de 1958 et représentant la maille conventionnelle du cristal de fer

(phase cubique centré) agrandie 165 milliards de fois.

Les neuf sphères qui constituent le monument ne représentent pas une référence aux neuf

provinces belges de l’époque (aujourd’hui dix avec la scission du Brabant). Elles représentent

les neuf atomes constitutifs du cristal de fer. À l'origine, le concepteur du monument l'a

imaginé comme une référence aux sciences, thème de l'Expo ’58, et en particulier aux

sciences de l'atome en plein développement à cette époque, non comme référence à l'unité des

9 provinces du royaume qui n'était qu'une coïncidence.

En avril 2006, la Belgique a émis une pièce commémorative de 2 euros représentant

l'Atomium à l’occasion de sa réouverture.

Sommaire

1 Description 2 Rénovation 3 Aménagement intérieur 4 Droit d'auteur et l'interdiction des représentations 5 Accessibilité 6 Notes et références 7 Voir aussi

o 7.1 Liens externes

Description

L’Atomium a été imaginé par l’ingénieur André Waterkeyn et érigé par les architectes André

et Jean Polak pour l’Exposition universelle de 1958 à Bruxelles.

C’est un édifice à mi-chemin entre la sculpture et l’architecture qui culmine à 102 m. Son

acier de construction pèse 2 400 tonnes. Il est devenu, au même titre que le Manneken Pis et

la Grand-Place, un symbole de la capitale de la Belgique.

Il se compose d’une charpente d’acier portant neuf sphères reliées entre elles et revêtues, à

l'origine, d’aluminium.

Les sphères ont un diamètre de 18 mètres et pèsent chacune environ 250 tonnes.

Symboliquement, l’Atomium incarne l’audace d’une époque qui a voulu confronter le destin

de l’Humanité avec les découvertes scientifiques.

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La construction de l’Atomium fut une prouesse technique. Sur les neuf sphères, six sont

rendues accessibles au public, chacune comportant deux étages principaux et un plancher

inférieur réservé au service. Le Tube central contient l’ascenseur le plus rapide de l’époque

(5 m/s) installé par la firme belge Schlieren (reprise plus tard par Schindler). Il permet à 22

personnes d’accéder au sommet en 23 secondes. Les escaliers mécaniques installés dans les

tubes obliques, comptent parmi les plus longs d’Europe. Le plus grand mesure 35 m de long.

L’Atomium, conçu pour durer six mois, n’était pas destiné à survivre à L’exposition

universelle de 1958, mais sa popularité et son succès en ont fait un élément majeur du paysage

bruxellois. Sa destruction fut donc reportée d’année en année jusqu’à ce que l'on y renonce.

Peu de travaux d’entretien furent cependant réalisés.

En 2013, la chaîne de télévision américaine CNN International a considéré l'Atomium comme

monument le plus « bizarre » d'Europe devant la Banknote building et la Casa Milà1,2

.

Rénovation

Durant les années 1990, l’urgence d’une rénovation en profondeur devint une évidence.

Devant l’importance des investissements nécessaires, la question de la conservation d’une

construction qui n’était à l’origine destinée qu’à durer quelques mois fut à nouveau posée.

D'aucuns voulaient le démolir. Une alternative prévoyait de ne réparer que les surfaces

extérieures et d’abandonner l’exploitation de l’édifice. Devant les vives réactions suscitées

par ces deux éventualités, il fut décidé de procéder à une complète réhabilitation.

L'Atomium, au seuil du 21e siècle, présentait un aspect terni, il était fortement dégradé par

l’œuvre du temps, son étanchéité extérieure devenue inefficace et les éléments intérieurs de

décoration et de mobilier au charme des années 1950 très abîmés. Seule la structure pouvait

être conservée.

En 2001, le projet de rénovation est enfin lancé grâce à un partenariat entre l’État fédéral

belge, la Région de Bruxelles-Capitale et Bruxelles-ville.

La rénovation a été entamée en mars 2004 et a pris fin en février 2006. La couverture

originelle en aluminium a été remplacée par une nouvelle, plus résistante, en acier inoxydable.

Chaque sphère était recouverte à l’origine d’environ 720 triangles d’aluminium. Une partie

d’entre eux a été mise en vente en guise de souvenir. Tous ont été remplacés, pour chaque

sphère, par 48 grands triangles en acier inoxydable, ce qui est incontestablement plus indiqué

que l'aluminium pour une structure qui reproduit une maille de fer. En outre, ces nouvelles

plaques sont plus résistantes que les anciennes. Elles leur ressemblent cependant car elles

portent le dessin des triangles originels qu'elles remplacent, cela afin de conserver à

l'Atomium l'aspect que l'on avait appris à connaître depuis 1958. Comme à l'origine, sur

chacune des neuf sphères, des réseaux électriques animent celle-ci de points lumineux animés

de rapides mouvements circulaires reproduisant les électrons qui gravitent autour du noyau

atomique. Le travail de montage de ce nouveau revêtement a été effectué par une grue qui

amenait les plaques à leur emplacement où elles étaient mises en place par une équipe de

cordistes, procédé utilisé pour éviter l'installation d'énormes échafaudages.

Le pavillon d'accueil a été conçu par l'architecte Christine Conix3.

Le financement des travaux de rénovation est estimé à 27 millions d’euros.

L’inauguration de la structure rénovée a eu lieu le 14 février 2006.

Pour fêter la rénovation de l’Atomium, une pièce commémorative de 2 euros a été frappée en

mars 2006.

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Aménagement intérieur

Des six sphères accessibles au public, la sphère de base est réservée à l’exposition permanente

consacrée aux années 1950, l’Exposition universelle et la construction de l’Atomium. Une

autre accueille des expositions temporaires, une troisième à vocation polyvalente peut

permettre l’organisation de différentes animations, films, concerts, fêtes ou conférences. Dans

la sphère centrale, un bar et dans la sphère supérieure, en plus du panorama, un restaurant. La

sixième sphère est la boule des enfants, destinée à l’organisation d’ateliers de pédagogie

urbaine, permettant aux enfants de six à douze ans d’y passer la nuit.

Le designer Ingo Maurer a dessiné des luminaires intérieurs de l’édifice.

Droit d'auteur et l'interdiction des représentations

Photo avec l'Atomium effacé.

A souvenir kerchief from the World Exhibition in Brussels in 1958. Atomium in the middle surrounded

by some of the participating countries' pavilions.

La Société belge des auteurs, compositeurs et éditeurs revendique la défense du droit d'auteur

de l'Atomium et, comme représentant des ayants droit, en interdit la publication d'images sans

contrepartie financière.

Bart Somers, président des Libéraux et démocrates flamands (VLD) et bourgmestre de

Malines a organisé un concours de photos dont sont effacées les représentations de

l'Atomium. Le but revendiqué serait de lutter contre les droits d'auteurs trop importants sur les

représentations du monument4.

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Accessibilité

Ce site est desservi par la station de métro : Heysel.

Notes et références

1. ↑ L'Atomium, monument le plus bizarre en Europe selon CNN [archive], Le Vif, 23 janvier 2012 2. ↑ 11 of Europe's most bizarre buildings [archive], CNN 3. ↑ http://www.bruxelles.be/artdet.cfm/5675 [archive] 4. ↑ « Bart Somers veut effacer les boules de l'Atomium » [archive] 2008 (consulté le 6 septembre 2009) : « Il

entend ainsi organiser de manière ludique une "guérilla culturelle" contre les droits d'auteurs élevés qui sont exigés en cas de diffusion de reproductions de l'édifice-monument »

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

Atomium, sur Wikimedia Commons

Concernant les cas similaires d'architectes interdisant la reproduction photographique de leurs

œuvres :

Liste des architectes qui interdisent les photographies de leurs œuvres architecturales en France

Liens externes

Site officiel de l’Atomium Blog officiel de l'Atomium avec le calendrier de toutes les festivités du 50e anniversaire Webcam de l'Atomium Atomium : visite virtuelle

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Aluminium

L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un

métal pauvre, malléable, de couleur argent, qui est remarquable pour sa résistance à

l’oxydation13

et sa faible densité. C'est le métal le plus abondant de l'écorce terrestre et le

troisième élément le plus abondant après l'oxygène et le silicium ; il représente en moyenne

8 % de la masse des matériaux de la surface solide de notre planète. L'aluminium est trop

réactif pour exister à l'état natif dans le milieu naturel : on le trouve au contraire sous forme

combinée dans plus de 270 minéraux différents, son minerai principal étant la bauxite, où il

est présent sous forme d’oxyde hydraté dont on extrait l’alumine. Il peut aussi être extrait de

la néphéline, de la leucite, de la sillimanite, de l'andalousite et de la muscovite.

L'aluminium métallique est très oxydable, mais est immédiatement passivé par une fine

couche d'alumine Al2O3 imperméable de quelques micromètres d'épaisseur qui protège la

masse métallique de la corrosion. On parle de protection cinétique, par opposition à une

protection thermodynamique, car l’aluminium reste en tout état de cause très sensible à

l'oxydation. Cette résistance à la corrosion et sa remarquable légèreté en ont fait un matériau

très utilisé industriellement.

L'aluminium est un produit industriel important, sous forme pure ou alliée, notamment dans

l'aéronautique, les transports et la construction. Sa nature réactive en fait également un

catalyseur et un additif dans l'industrie chimique ; il est ainsi utilisé pour accroître la

puissance explosive du nitrate d'ammonium.

La production mondiale de bauxite atteignait 211 millions de tonnes en 201014

, l'Australie en

assurant 33,2 % devant la Chine (19,0 %), le Brésil (15,2 %), l'Inde (8,5 %) et la Guinée

(8,2 %) – la Guinée détient à elle seule plus du quart des réserves mondiales de bauxite,

estimées fin 2010 à 28 milliards de tonnes. La production mondiale d'aluminium métallique

s'est élevée à 41,4 millions de tonnes en 201015

, dont la Chine a réalisé 40,6 % avec

16,8 millions de tonnes, loin devant la Russie (9,3 %) et le Canada (7,1 %)

Histoire

échantillon d' aluminium

En 1807, Humphry Davy, après avoir découvert que le sodium et le potassium entraient dans

la composition de l’alun, suppose qu’il s’y trouve aussi un autre métal, qu’il baptise

« aluminium » (en latin, « alun » se dit alumen). Pierre Berthier découvre dans une mine près

des Baux-de-Provence en 1821 un minerai contenant plus de 50 % d’oxyde d’aluminium. Ce

minerai sera appelé bauxite.

En 1825, le chimiste et physicien danois Hans Christian Ørsted réussit à produire une forme

impure du métal. Friedrich Wöhler approfondit les travaux d'Ørsted en 1827. Il isole

l’aluminium par action du potassium sur le chlorure d’aluminium, obtenant une poussière

grise d’aluminium est le premier à mettre en évidence les propriétés chimiques et physiques

de cet élément, dont la plus notable est la légèreté.

Le chimiste français Henri Sainte-Claire Deville améliore en 1846 la méthode de Wöhler en

réduisant le minerai par le sodium. En 1854, il présente à l'Académie des sciences le premier

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lingot d'aluminium obtenu, à l'état fondu, par voie chimique16

. Il publie ses recherches dans

un livre en 1856. Cette méthode est utilisée de façon industrielle à travers toute l’Europe pour

la fabrication de l’aluminium (notamment en 1859 par Henry Merle dans son usine de

Salindres, berceau de la société Pechiney), mais elle reste extrêmement coûteuse, donnant un

métal dont le prix était comparable à celui de l'or (1200 et 1500 F or/kg et l'argent 210 F/kg

seulement). Le métal est alors réservé pour fabriquer des bijoux de luxe17

, puis avec la baisse

des coûts, trouve des applications dans les ustensiles de cuisines et avec des alliages dans

l'industrie de l'aéronautique (alliage duralumin moins cassant créé en 1909), le câblage

électrique (almelec créé en 1921 et utilisé comme conducteur électrique). En 1901 naît

l’Aluminium Association (AA), cartel qui réunit les entreprises des quatre seuls pays

producteurs au monde (France, États-Unis, Allemagne, Royaume-Uni) et qui maintient le prix

de l'alumiminum stable alors que le cours des métaux concurrents subissent de plus grandes

fluctuations18

. À la fin des années 1970, la production d’aluminium se contracte et l'arrivée de

nouveaux concurrents (Canada, Australie, Russie) font éclater le cartel qui ne contrôle plus

son prix dont la valeur décline19

.

1855 : Les nouveaux métaux sont exposés à l’exposition universelle de Paris. La société Pechiney est créée en France.

Le premier site industriel producteur d’aluminium au monde s’installe à Salindres dans le Gard, et commence son activité dès 1860.

1876 : William Frishmuth réalise la première coulée d’aluminium. En 1884, il réalise la coiffe du Washington Monument en ce métal.

1886 : de manière indépendante, Paul Héroult et Charles Martin Hall, découvrent la méthode de production de l’aluminium en remarquant qu’il est possible de dissoudre l’alumine et de décomposer le mélange par électrolyse (procédé Héroult-Hall breveté) pour donner le métal brut en fusion. Pour cette découverte, Hall obtient un brevet (400655) la même année. Ce procédé permet d’obtenir de l’aluminium de manière relativement économique. La méthode mise au point par Héroult et Hall est toujours utilisée aujourd’hui.

1887 : Karl Josef Bayer décrit une méthode connue sous le nom de procédé Bayer pour obtenir de l’alumine à partir de la bauxite. Cette découverte permet de faire entrer l’aluminium dans l’ère de la production de masse.

1888 : les premières sociétés de production d’aluminium sont fondées en Suisse, France et aux États-Unis.

de 1941 à 1959, la France a frappé des pièces de monnaie de 50 c, 1 F, 2 F et 5 F en aluminium. Auparavant, pendant la première guerre mondiale et dans les années 1920, de très nombreuses monnaies de nécessité avaient déjà été frappées en France et à l'étranger.

Isotopes

Article détaillé : Isotopes de l'aluminium.

L'aluminium possède 22 isotopes connus, de nombre de masse variant entre 21 et 42, ainsi

que quatre isomères nucléaires. Seul 27

Al est stable, ce qui fait de l'aluminium un élément

monoisotopique. Si le radioisotope 26

Al existe également dans la nature (demi-vie de

7,17×105 années), l'abondance de

27Al est telle qu'on considère l'aluminium comme

mononucléidique et on lui attribue une masse atomique standard de 26,9815386(8) u. Tous les

autres isotopes de l'aluminium ont une demi-vie inférieure à 7 minutes, et la plupart d'entre

eux ont une demi-vie inférieure à une seconde.

Propriétés

Propriétés physiques

L’aluminium est un métal mou, léger, mais résistant avec un aspect argent-gris mat, dû à une

mince couche d’oxydation de cinq à dix nanomètres qui se forme rapidement quand on

l’expose à l’air et qui empêche la corrosion de progresser dans des conditions normales

d’exposition chimiques. Ce film composé d'alumine se forme spontanément très rapidement

quand l’aluminium est mis en contact avec un milieu oxydant comme l’oxygène de l’air. À la

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différence de la plupart des métaux, il est utilisable même s’il est oxydé en surface. On peut

même dire que sans cette couche d’oxyde, il serait impropre à la plupart de ses applications. Il

est possible d’augmenter artificiellement l’épaisseur de cette couche d’oxydation par

anodisation, ce qui permet d’augmenter la protection et de décorer les pièces en colorant la

couche d’oxyde. Contrairement à l’aluminium qui est un très bon conducteur, l’oxyde

d’aluminium est un excellent isolant.

L’aluminium a une densité (2,7) environ trois fois plus faible que celle de l’acier ou du

cuivre ; il est malléable, ductile et facilement usiné et moulé. C’est le deuxième métal le plus

malléable et le sixième le plus ductile.

Il est paramagnétique et ne provoque pas d’étincelles.

Bombardé par un laser à électrons libres, l’aluminium devient transparent dans les ultraviolets

extrêmes20

.

Propriétés chimiques

En solution, l’aluminium se trouve le plus généralement sous la forme d’ions Al3+

. Il s’oxyde

lentement à froid et rapidement à chaud pour former l’alumine Al2O3. L’action des acides sur

l’aluminium produit l’ion cité plus haut.

La réaction de l'aluminium avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (soude) produit

de l’aluminate de sodium et du dihydrogène gazeux, selon une réaction exothermique

d’équation :

Les hydroxydes d’aluminium s’obtiennent en général en précipitant une solution contenant

des cations Al3+

à l’aide d’une base. Cette méthode permet de former selon les conditions de

précipitation différentes phases cristallographiques tel que la bayerite, la boehmite, la

gibbsite.

L’aluminium est aussi utilisé en tant que réducteur fort, notamment pour l’aluminothermie et

en pyrotechnie dans les feux d'artifice, où il joue un rôle similaire au magnésium, à moindre

coût et avec une puissance plus grande.

Cinétique dans l'organisme humain, et élimination

L'organisme d'un sujet sain contient au total de 30 à 50 mg (ATSDR 1999), surtout présent

dans l’os (+/- 50 %), le poumon (environ 25 %) et le foie (20 à 25 %). Le reste est partagé

dans d'autres organes, dont le système nerveux central et la rate. Les taux tissulaires et

notamment dans le poumon et le cerveau augmentent avec l’âge (ATSDR 1999).

Le traçage isotopique (isotope radioactif 26

Al) d'aluminium injecté montre que 24 h après

l’injection, 99 % de l’aluminium sanguin est passé dans la fraction plasmatique. Peu à peu, le

taux intra-érythrocytaire augmente pour atteindre 14 %. L'aluminium se lie, dans le plasma,

préférentiellement à la transferrine (80 %), et à l'albumine à hauteur de 10 %, les 10 %

restants sont transportés par des protéines de bas poids moléculaire (LMW). L'Al-transferrine

se dépose surtout dans la rate et le foie (riches en récepteurs-transferrine), pendant que l'Al-

LMW se fixe dans l’os (qui ne contient pas de récepteurs-transferrine) 21

. L'homme élimine

plus de 95 % de l'aluminium ingéré dans les fèces, et 83 % de l'aluminium qui aura passé la

barrière intestinale sera éliminé par voie urinaire (avec une fonction rénale normale, la dose

éliminée varie de 3 à 20 μg/ℓ d'urine 22,23,24,25

. Des chélateurs (EDTA, déféroxamine...) en

accélèrent l'élimination). La demi-vie dans l'organisme varie selon l'importance et la durée

d’exposition et la durée de la redistribution de l’aluminium à partir des organes qui l'ont

stocké. Elle peut durer plusieurs années. Elle est triphasique : en phase 1, la moitié de

l'aluminium est éliminé en quelques heures, en phase deux, 50 % de ce qui reste est éliminé

en quelques semaines, et il faut habituellement plus d'un an pour éliminer la moitié du reste 26

.

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Toxicologie

Cette section doit être recyclée. Une réorganisation et une clarification du contenu sont nécessaires.

Discutez des points à améliorer en page de discussion.

Une des premières statues coulées en aluminium (1893), L’Ange de la charité chrétienne souvent

appelé Eros trônant sur le Shaftesbury Memorial situé à Piccadilly Circus, à Londres

Lingot d’aluminium

Bauxite (Hérault)

Dans certaines conditions l’aluminium est reconnu pour ses effets neurotoxiques27.

L'« encéphalopathie des dialysés » (ou « démence des dialysés ») observée dès 1972, a pu être

attribuée en 1978 à l'aluminium contenu dans le dialysat, qui s'ajoute à un apport oral d'hydroxyde

d'aluminium visant à contrôler l'hyperphosphorémie du patient28. Des personnes exposées à

l’aluminium (à la suite d'un traitement de dialyse) peuvent développer des complications au niveau

du système nerveux central, la myofasciite à macrophages29 l’encéphalopathie l’épilepsie et des

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troubles de mémoire. L’accumulation d’aluminium dans l’organisme peut aussi jouer un rôle dans

d’autres maux comme le psoriasis, les insuffisances hépatorénales chroniques l’anémie,

l’ostéomalacie (os cassants ou mous) l’intolérance au glucose et les arrêts cardiaques chez les

humains. Les cellules du cerveau des patients atteints d’Alzheimer contiennent de 10 à 30 fois plus

d’aluminium que la normale30. La réglementation européenne impose maintenant aux centres de

dialyse de mieux contrôler l'exposition des dialysés à l'aluminium, ce qui s'est traduit par une

diminution de leurs taux sériques moyens avec une diminution de 61 8 ± 47 5 μg/ℓ en 1988 à 25 78

± 22 2 μg/ℓ en 1996 28.

Parmi les sources d'exposition figurent les aliments, l’eau, les cosmétiques (en particulier les

déodorants / antitranspirants sous forme de sels d'aluminium), les médicaments anti-acides.

Les ustensiles de cuisine et le papier d’aluminium peuvent également en libérer (en quantité

généralement négligeable) dans les aliments. C'est pourquoi son utilisation dans la fabrication

de conduites d’eau est prohibée dans plusieurs pays. Cependant, le sulfate d'aluminium est

utilisé dans le traitement des eaux.

Des cas particuliers sont certains adjuvants de vaccins, et l’eau pour la dilution des concentrés

pour hémodialyse, lorsqu’elle provient d’une station de production inefficace, ainsi que les

poches de nutrition parentérale. Dans ces derniers cas, l'aluminium est directement injecté

dans le système sanguin ou dans le muscle (autrefois la vaccination pouvait être sous-cutanée,

mais elle est devenue intramusculaire)31

.

En France, la campagne massive de vaccination à la suite de la Grippe A (H1N1) de 2009-

2010 a relancé la polémique sur les risques de santé liés à cet élément car 47 % des vaccins

commercialisés contiennent comme adjuvant de l'aluminium32

.

Et en 2012, on évoque à nouveau, sur la base d'un suivi plus large (statistiquement plus

significatif) le lien entre aluminium et Myofasciite à macrophages33

.

Une étude parue en janvier 2012 dans la revue scientifique : Journal of Applied Toxicology

publiant des articles de recherches originales concernant la toxicologie montre in vitro les

effets néfastes des sels d’aluminium (chlorhydrate d’aluminium et chlorure d'aluminium) sur

les cellules épithéliales mammaires humaines34

. Tout cela avec des doses 1500 à 100000 fois

inférieures à celles que l’on retrouve dans les déodorants contenant des sels d' aluminium du

commerce.

Acier inoxydable

L'acier inoxydable, couramment appelé acier inox ou inox, a un grand rôle dans

d'innombrables domaines : vie quotidienne, industries mécaniques, agroalimentaires,

chimiques, transports, médecine, chirurgie, etc. C'est une famille d'aciers, alliages de fer et de

carbone, auxquels on ajoute essentiellement du chrome qui, au-delà de 10,5 % en solution

(selon la teneur en carbone) dans la matrice, provoque la formation d'une couche protectrice

d'oxyde de chrome qui confère à ces aciers leur inoxydabilité.

D'autres éléments peuvent être ajoutés, notamment le nickel qui améliore les propriétés

mécaniques en général et la ductilité en particulier, et d'autres éléments comme le molybdène

ou le titane qui améliorent la stabilité de l'alliage pour des températures autres que l'ambiante

ainsi que des éléments à hauts points de fusion comme le vanadium et le tungstène

accompagné en général d'une augmentation de la teneur en chrome, pour obtenir la résistance

aux hautes températures au contact d'une flamme (aciers réfractaires)

Rappels sur la corrosion et la passivation

Les phénomènes de corrosion des métaux sont de nature électrochimique: le métal retrouve

son état thermodynamiquement stable, l'état oxydé. En présence d'un milieu oxydant (eau,

atmosphère), le métal réagit avec l'environnement, cette réaction se faisant avec des échanges

d'électrons.

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Le fer, constituant majoritaire des aciers, s'oxyde facilement ; le produit de corrosion, la

rouille, s'effrite ou se dissout dans l'eau, ce qui crée une dégradation de la pièce. À chaud, la

diffusion des atomes oxydants dans l'épaisseur du métal peut compliquer encore le problème.

Une des manières d'éviter la corrosion consiste à mettre une quantité importante de chrome

(Cr) dans l'acier (plus de 10,5 % en masse) : le chrome réagit avec le dioxygène de l'air et

forme une couche d'oxyde de chrome Cr2O3 :

4 Cr + 3 O2 → 2 Cr2O3

Cette couche, compacte, adhérente et donc protectrice, est appelée « couche passive » : elle

forme une barrière séparant l'acier de son milieu. En temps normal, elle est invisible car très

fine. Ainsi, contrairement à son nom, l'acier n'est pas inoxydable : il s'oxyde rapidement, mais

forme un oxyde protecteur, contrairement à la rouille.

Par rapport à une électrode à hydrogène de référence, le potentiel des aciers inoxydables se

situe entre le molybdène et le mercure, non loin de l'argent et du platine.

L'addition de divers éléments d'alliage permet de s'adapter au milieu spécifique dans lequel

doit être utilisé l'acier, et de modifier ses propriétés mécaniques :

l'ajout de nickel améliore les propriétés de la couche passive ; celui-ci s'intègre à la couche d'oxyde

2 Ni + O2 → 2 NiO

le nickel est un élément gammagène, il permet d'obtenir une structure austénitique et donc d'avoir des tôles qui se mettent en forme facilement ;

le carbone en haute teneur permet de tremper l'acier et d'obtenir un acier martensitique, très dur ;

mais le carbone nuit à la soudabilité, et par ailleurs, il peut piéger le chrome et gêner la formation de la couche passive ;

d'autres éléments d'alliage, pour l'essentiel des métaux relativement « nobles » comme le molybdène, le titane, le cuivre améliorent encore la résistance chimique, en particulier dans les milieux non oxydants.

Il existe de fait de très nombreuses nuances d'aciers inoxydables et le choix est parfois

difficile, car ils n'ont pas tous le même comportement dans un milieu donné. On les désigne

souvent par les pourcentages massiques en nickel et en chrome. Ainsi, un acier inoxydable

18/10, tel que ceux utilisés en coutellerie, pour les couverts et pour la cuisine en général,

contient 18 % en masse de chrome et 10 % en masse de nickel. Cette désignation est en fait

très insuffisante car elle ne préjuge en rien de la structure métallurgique.

Les aciers inoxydables peuvent se corroder si l'on n'utilise pas la bonne nuance par rapport à

l'environnement de la pièce (composition chimique de l'environnement, température), ou bien

si la couche passive ne se forme pas avant la mise en service de la pièce :

le métal est mis à nu (meulage, usinage, déformation de la pièce faisant craquer la couche passive, frottement, érosion, cavitation), mais de l'huile ou de la graisse empêche l'air d'arriver pour oxyder ; la surface est alors dite « active » ;

des particules d'acier non inoxydable polluent la surface (pollution par le fer) : ces particules rouillent, ce qui forme des auréoles, mais peuvent aussi amorcer une corrosion de l'inox dans certains cas ;

on peut avoir de la corrosion galvanique : contact de l'inox avec un métal plus noble, hétérogénéité dans l'inox, variation de concentration du milieu.

On peut dire que :

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les aciers inoxydables ne peuvent être corrodés à froid qu'en présence d'humidité. C'est ainsi qu'ils résistent au chlore, gaz pourtant très corrosif, pourvu que ce dernier soit parfaitement sec ;

une bonne utilisation des aciers inoxydables nécessite donc un métal d'une très grande homogénéité pour éviter des corrosions locales et un passage de l'état actif à l'état passif en tous les points de la surface exposée.

Histoire — découverte

Les premiers alliages de fer et d'acier résistant à la corrosion furent coulés dès l'antiquité : le

pilier de fer de Delhi, érigé sous ordre de Kumarâgupta Ier

au Ve siècle subsiste encore de nos

jours en parfait état. Cependant une distinction doit être faite dans le vocabulaire : ces alliages

devaient leur résistance à leur haute teneur en phosphore, et non en chrome. Il ne s'agissait

donc pas d'aciers inoxydables dans le sens que l'on donne actuellement au terme. Dans ces

alliages et sous des conditions climatiques favorables, il se forme en surface une couche de

passivation d'oxyde de fer et de phosphates qui protège le reste du métal bien mieux qu'une

couche de rouille.

Les premiers aciers résistants à base de chrome furent développés par le métallurgiste français

Pierre Berthier, qui remarqua leur résistance à certains acides et imagina leur application en

coutellerie. Cependant, à l'époque, on n'utilisait pas les bas taux en carbone et haut taux en

chrome couramment utilisés dans les aciers inoxydables modernes, et les alliages obtenus

alors, trop riches en carbone, étaient trop fragiles pour avoir un véritable intérêt.

En 1878, les établissements Jacob Holtzer1 situés à Unieux (Loire) commencent la production

industrielle d'aciers chromés.

Dans les années 1890, l'Allemand Hans Goldschmidt développa et breveta un procédé appelé

la thermite qui permettait d'obtenir du fer sans carbone. Entre 1904 et 1911, divers

chercheurs, notamment le Français Léon Guillet, mirent au point différents alliages que l'on

pourrait aujourd'hui considérer comme inoxydables. En 1911, l'Allemand Philip Monnartz

mettait en évidence l'influence du taux en chrome des alliages et leur résistance à la corrosion.

Enfin, en 1913, l'Anglais Harry Brearley des laboratoires Brown-Firth (Sheffield, Angleterre),

en travaillant sur l'érosion dans les canons d'armes à feu, développa un acier qu'il baptisa

rustless (« sans rouille ») : il s'aperçut que des échantillons polis en vue d'examens de

laboratoire ne subissaient pas d'oxydation. Cet acier sera ensuite rebaptisé stainless (« sans

tache », ou « pur »), ce sera officiellement le premier acier à porter le nom « d'inoxydable » ;

Brearley entra dans l'histoire comme leur inventeur. Il s'agissait alors d'un acier inoxydable

martensitique (0,24 % en carbone et 12,8 % en chrome). Cependant d'autres aciers

comparables avaient été développés en Allemagne par Eduard Maurer (de) et Benno

Strauss (de) qui élaboraient un acier inoxydable austénitique (21 % de chrome et 7 % de

nickel) pour Krupp AG. Aux États-Unis, Christian Dantsizen et Frederick Becket lancèrent

déjà la fabrication industrielle d'acier inoxydable ferritique. En 1908, Krupp avait déjà

construit des navires à coque en acier inoxydable chrome-nickel.

En 1924, William Herbert Hatfield (en), qui succéda à Harry Brearley à la tête des

laboratoires Brown-Firth, élabora l'acier « 18/8 » (18 % en masse de chrome et 8 % en nickel)

qui est probablement le représentant le plus utilisé des aciers inoxydables fer-chrome.

En 1925 est mis au point le Procédé Ugine-Perrin dans les usines savoyardes de la Société

d’électrochimie, d'électrométallurgie et des aciéries électriques d'Ugine, future Ugitech, une

méthode permettant d'obtenir un acier inoxydable à la fois pur, fiable et bon marché, par

agitation des aciers avec des laitiers préalablement fondus, pour obtenir une épuration

complète des aciers.

Page 14: SOMMAIRE - ac-aix-marseille.fr

ATOME

Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « qui ne peut être divisé »)1 est la plus petite partie

d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec un autre. La théorie atomiste, qui

soutient l'idée d'une matière composée de « grains » indivisibles (contre l'idée d'une matière

indéfiniment sécable), est connue depuis l'Antiquité, et fut notamment défendue par Leucippe

et son disciple Démocrite, philosophes de la Grèce antique, ainsi qu'en Inde, plus

antérieurement, par l'une des six écoles de philosophie hindoue, le vaisheshika, fondé par

Kanada. Elle fut disputée jusqu'à la fin du XIXe siècle et n'a plus été remise en cause depuis

lors. C'est ainsi sur les propriétés des atomes que reposent toutes les sciences des matériaux

modernes.

Un atome est constitué d'un noyau concentrant plus de 99,9 % de sa masse, autour duquel se

distribuent des électrons pour former un nuage 100 000 fois plus étendu que le noyau lui-

même. Le volume d'un atome, représenté approximativement par une sphère, est donc

essentiellement vide. Le noyau est constitué de protons, chargés positivement, et de neutrons,

électriquement neutres ; l'hydrogène fait exception, car le noyau de son isotope 1H, appelé

protium, ne contient aucun neutron. Les électrons occupent des orbitales atomiques en

interaction avec le noyau via la force électromagnétique, tandis que les nucléons sont

maintenus ensemble au sein du noyau par la liaison nucléaire, qui est une manifestation de

l'interaction nucléaire forte. Le nuage électronique est stratifié en niveaux d'énergie quantifiés

autour du noyau définissant des couches et des sous-couches électroniques ; les nucléons se

répartissent également en couches nucléaires, bien qu'un modèle approché assez commode

popularise la structure nucléaire d'après le modèle de la goutte liquide.

Plusieurs atomes peuvent établir des liaisons chimiques entre eux grâce à leurs électrons, et,

d'une manière générale, les propriétés chimiques des atomes sont déterminées par leur

configuration électronique, laquelle découle du nombre de protons de leur noyau. Ce nombre,

appelé numéro atomique, définit un élément chimique.

Historique des modèles de l'atome

Dans l'histoire des sciences, plusieurs modèles de l'atome ont été développés, au fur et à

mesure des découvertes des propriétés de la matière. Aujourd'hui encore, on utilise plusieurs

modèles différents ; en effet, le modèle le plus récent est assez complexe, l'utilisation de

modèles « anciens » ou partiellement faux, mais plus simples, facilite la compréhension, donc

l'apprentissage et la réflexion.

Depuis l'antiquité grecque, on supposait que la matière pouvait se fractionner en petits

morceaux jusqu'à obtenir des grains indivisibles, qu'elle était comme « de la poussière dans la

lumière ». C'est avec l'expérience de Rutherford que l'on atteint enfin ce grain : les particules

alpha, en traversant la matière, voient leur trajectoire perturbée, ce qui va permettre enfin de

savoir comment est organisée cette « poussière »…

1675 : Jean Picard observe une luminescence verte en agitant un tube de baromètre ; on découvrira quelques siècles plus tard que cela est dû à l'électricité statique et aux vapeurs de mercure ;

1854 : Heinrich Geissler et Julius Plücker découvrent les rayons cathodiques, des rayons verts luminescents lorsque l'on établit une forte tension électrique dans une ampoule dont on a pompé l'air (faible pression de gaz) ; ils inventent ainsi la lampe à décharge, qui éclaire maintenant nos supermarchés d'une lumière blanche, nos rues et nos stationnements d'une lumière orange (lampes au sodium) ;

Page 15: SOMMAIRE - ac-aix-marseille.fr

Comparaison de 4 premiers modèles atomiques sur l'exemple de l'atome de bore

1897 : J. J. Thomson établit que ces rayons cathodiques sont constitués de particules chargées négativement arrachées à la matière, et découvre ainsi l'électron ; c'est la première décomposition de l'atome ;

1900 : Max Planck montre la quantification des échanges d'énergie dans la matière (recherches sur le corps noir) ;

1911 : expérience de Rutherford : il bombarde une feuille d'or par des particules alpha (des noyaux d'hélium, chargés positivement, obtenus par radioactivité) ; il en déduit que :

o la plupart des particules vont en lignes droites, donc la matière est « pleine de trous » ;

o mais certaines sont déviées et même rebroussent chemin, donc elles rencontrent des îlots très concentrés de matière chargée positivement (les + se repoussent entre eux).

Il en déduit le modèle atomique planétaire : l'atome est constitué d'un noyau positif très

petit et d'électrons tournant autour ; ce modèle pose un gros problème : en tournant, les

électrons devraient perdre de l'énergie par rayonnement et donc s'écraser sur le noyau…

(ex.: Capture K)

1913 : Niels Bohr réunit les concepts de Planck et de Rutherford, et propose un modèle atomique quantique: les orbites des électrons ont des rayons définis, il n'existe que quelques orbites « autorisées » ; ainsi, les échanges d'énergie quantifiés correspondent à des sauts entre les orbites définies, et lorsque l'électron est sur l'orbite la plus basse, il ne peut pas descendre en dessous et s'écraser (mais ce modèle n'explique pas pourquoi) ;

1914 : l'expérience de Franck et Hertz valide le modèle de Bohr : ils bombardent de la vapeur de mercure avec des électrons ; l'énergie cinétique perdue par les électrons traversant les vapeurs est toujours la même ;

1924 : Louis de Broglie postule la dualité onde-corpuscule ; 1926 : Schrödinger modélise l'électron comme une onde, l'électron dans l'atome n'est donc

plus une boule mais un « nuage » qui entoure le noyau ; ce modèle, contrairement aux autres, est stable car l'électron ne perd pas d'énergie.

Modèles obsolètes

Les modèles présentés dans cette section sont trop éloignés de la réalité pour pouvoir être

utilisés. Ils ne sont présentés ici qu'à titre historique.

Le modèle de J.J. Thomson ou modèle de l’électron élastiquement lié à l’atome

Article détaillé : Modèle de Thomson.

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Le pudding de Thomson, la charge positive est répartie uniformément dans tout le volume, qui est

parsemé d’électrons

Avec la découverte de l’électron en 1897, on savait que la matière était composée de deux

parties : une négative, les électrons, et une positive, le noyau. Dans le modèle imaginé alors

par Joseph John Thomson, les électrons, particules localisées, baignaient dans une « soupe »

positive, à l’image des pruneaux dans le far breton (ou dans le plum-pudding pour les

Britanniques ou encore comme des raisins dans un gâteau). Ce modèle fut invalidé en 1911

par l'expérience d’un de ses anciens étudiants, Ernest Rutherford.

Le modèle planétaire de Rutherford

L'expérience de Rutherford met en évidence que les charges positives ne sont pas « étalées »

entre les électrons, mais sont concentrées en de petits points. Il bombarda une fine feuille d'or

par un faisceau de particules alpha (particules de charges électriques positives). Il observa que

les particules étaient déviées faiblement, ce qui ne correspondait pas au résultat prévu par le

modèle de Thomson, pour lequel, elles n'auraient pas dû la traverser.

Rutherford imagine donc un modèle planétaire : l'atome est constitué d'un noyau positif

autour duquel tournent des électrons négatifs. Entre le noyau — très petit par rapport à l'atome

(environ 100 000 fois) — et ses électrons, un très grand vide existe.

Ce modèle fut très vite mis en défaut par les équations de Maxwell d'une part, qui prédisent

que toute charge accélérée rayonne de l'énergie, et par les expériences montrant la

quantification des niveaux d'énergie d'autre part.

Modèles approchés couramment employés

Le modèle des sphères dures

Le modèle le plus simple pour représenter un atome est une boule indéformable. Ce modèle

est très utilisé en cristallographie. Une molécule peut se voir comme plusieurs boules

accolées, un cristal comme des boules empilées. On utilise parfois une représentation

« éclatée » : les atomes sont représentés comme des petites boules espacées, reliées par des

traits, permettant de faire ressortir les directions privilégiées, les angles et de visualiser le

nombre des liaisons.

Page 17: SOMMAIRE - ac-aix-marseille.fr

modèle des sphères dures pour représenter l'atome ; représentation d'une molécule d'eau et d'un

cristal cubique à faces centrées, compacte (gauche) et éclatée (à droite)

Ce modèle correspond bien à certaines propriétés de la matière, comme, par exemple, la

difficulté de comprimer les liquides et les solides, ou bien le fait que les cristaux ont des faces

bien lisses. En revanche, il ne permet pas d'expliquer d'autres propriétés, comme la forme des

molécules : si les atomes n'ont pas de direction privilégiée, comment expliquer que les

liaisons chimiques révèlent des angles bien définis ?

Le modèle de Bohr

Modèle de l’atome de Bohr : un modèle planétaire dans lequel les électrons ont des orbites définies

Article détaillé : Modèle de Bohr.

Un modèle fut développé par Niels Bohr en 1913 à partir des propriétés mises en évidence par

Planck et Rutherford. Dans le modèle des sphères dures, l’atome est un objet entier,

indécomposable. Or, on sait depuis le milieu du XIXe siècle que l’on peut en « arracher » des

particules portant une charge électrique négative, les électrons. Dans le modèle de Bohr,

l’atome est composé d’un noyau chargé positivement, et d’électrons tournant autour, les

rayons des orbites des électrons ne pouvant prendre que des valeurs bien précises.

Le noyau est très compact, d’un diamètre d’environ 10-15

à 10-14

m, c’est-à-dire que le noyau

est cent mille à un million de fois plus petit que l’atome ; il porte une charge électrique

positive. C’est aussi la partie la plus lourde de l’atome, puisque le noyau représente au moins

99,95 % de la masse de l’atome. Les électrons sont ponctuels, c’est-à-dire que leur rayon est

admis quasi nul (tout du moins plus petit que ce que l’on peut estimer). Ils portent une charge

négative. Pour des raisons de lisibilité, le schéma ci-dessous n’est donc pas à l’échelle, en ce

qui concerne les dimensions du noyau et des électrons, ni aussi pour les rayons des différentes

orbites (on notera ici que le nombre d’électrons sur les orbites n’est pas prédit par le modèle).

Page 18: SOMMAIRE - ac-aix-marseille.fr

Cette vision permet de décrire les phénomènes spectroscopiques fondamentaux, c’est-à-dire le

fait que les atomes absorbent ou émettent seulement certaines longueurs d’onde (ou couleur)

de lumière ou de rayons X. En effet, le système {noyau+électrons} étant stable et confiné,

d’énergie négative, il ne possède qu’un ensemble discret d’états (et donc de niveaux)

d’énergie : c’est le passage d’un état à l’autre de l’atome qui provoque une émission discrète

d’énergie, ce qui explique donc les raies spectroscopiques des atomes. Le modèle de Bohr,

décomposant l’atome en deux parties, un noyau et un nuage d'électrons, est plus précis que le

modèle des sphères dures, pour lequel la surface de la sphère correspond à l’orbite des

électrons extérieurs.

Cependant, très vite, le modèle de l’atome de Bohr ne permettra pas d’expliquer l’ensemble

des observations (effet Zeeman, etc.). Il faut attendre 1924–1926 pour qu’avec Schrödinger,

les orbites deviennent orbitales avec des énergies stationnaires : la mécanique quantique est

née.

Le modèle actuel : modèle de Schrödinger

La naissance de la mécanique ondulatoire de Louis de Broglie 1924, généralisée par Erwin

Schrödinger en 1926 amène à proposer un nouveau modèle, dont les aspects relativistes furent

décrits par Paul Dirac en 1928 ; il permet d'expliquer la stabilité de l'atome et la description

des termes spectroscopiques.

Dans ce modèle, les électrons ne sont plus des billes localisées en orbite, mais des nuages de

probabilité de présence. Ce point de vue, révolutionnaire, peut choquer en première approche.

Cependant la représentation que l'on pouvait se faire d'un électron — une petite bille ? — était

dictée par les formes observées dans le monde macroscopique, transposées sans preuves dans

le monde microscopique. Il faut bien se douter du fait que ce que l'on connaît de l'électron ne

repose que sur des manifestations indirectes : courant électrique, tube cathodique

(télévision)…

Depuis les années 1930, on modélise ainsi l'électron par une « fonction d'onde » dont le carré

de la « norme représente la densité de probabilité de présence ». Pour représenter fidèlement

les propriétés de l'électron, on ne dispose que des fonctions mathématiques compliquées.

Cette abstraction rebute encore bien des physiciens. Nous allons essayer de donner une image

de cette notion de fonction d'onde, image nécessairement imparfaite.

Imaginons que hors de l'atome, l'électron soit une petite bille. Lorsque l'électron est capturé

par l'atome, il se « dissout » et devient un nuage diffus, il s'« évapore ». Quand on l'arrache

de l'atome, il redevient une petite bille, il se « recondense ». Il existe d'autres exemples

d'objet qui changent de forme, par exemple, hors de l'eau, le sel est sous forme de cristaux ;

mis dans l'eau, il se dissout, et si l'on fait s'évaporer l'eau, on retrouve des cristaux. Le sel

change de forme (cristal compact ou dissous dans l'eau), mais on a tout le temps du sel.

Image simplifiée de l'arrachement d'un électron du nuage électronique dans le modèle de

Schrödinger

De manière un peu plus exacte : un électron, hors d'un atome, est représenté par un paquet

d'ondes, qui peut être considéré, dans certaines limites, comme une petite bille. La mécanique

quantique démontre qu'un tel paquet d'ondes s'étale au cours du temps ; au contraire, un

électron d'un atome conserve la structure de la fonction d'onde associée à l'orbite qu'il occupe

Page 19: SOMMAIRE - ac-aix-marseille.fr

(tant qu'il n'est pas éjecté de l'atome). La mécanique quantique postule donc, non la

conservation de la forme (non connue) de l'électron, mais l'intégrale de la probabilité de

présence.

Dans le modèle de Schrödinger, les nuages correspondant aux différents électrons

s'interpénètrent ; il n'est pas question de se donner une représentation individuelle des

électrons chacun sur son orbite, comme cela était dans le cas du modèle de Bohr. Cela est

d'autant plus vrai que les électrons sont des particules identiques indiscernables. Les effets

d'échange amènent à considérer que chaque électron de l'atome est à la fois sur chaque

orbitale occupée (correspondant à une configuration électronique donnée). L'ionisation de

l'atome (l'arrachement d'un électron de l'atome) peut alors être représentée par le schéma

simplifié ci-dessous.

Pour éviter des complications inutiles, on considérera l'atome le plus simple afin de montrer

quelques schémas dévoilant les points fondamentaux du modèle :

le nuage électronique associé à l'état fondamental, révélant (comme d'autres états) la possibilité pour l'électron d'être au sein du noyau, ce qui a des conséquences en physique nucléaire : capture électronique ;

le nuage électronique associé à une combinaison linéaire de deux orbitales associées au premier niveau excité. Cet exemple montre la possibilité d'obtenir des nuages électroniques pointant vers l'extérieur de l'atome… nous sommes ainsi préparés aux liaisons moléculaires.

Soit ρ(r, θ, φ) la densité de probabilité de présence au point de coordonnées sphériques (r, θ,

φ). Pour l'état fondamental, la densité de probabilité, ρ, est maximale au centre de l'atome.

Considérons maintenant la densité radiale de probabilité de présence (à la distance r du

noyau, toutes les directions confondues) :

,

cette densité radiale est maximale pour r = r1 de la première orbite du modèle de Bohr (dans

l'expression ci-dessus, on a tenu compte de la symétrie sphérique de ρ, identique pour toutes

les directions). on a en fait :

ρ(0 0 0) > ρ(r1,0,0), mais P(0) < P(r1).

Densité de probabilité de présence de l'électron, état fondamental de l'hydrogène — la densité, dans

un plan xy, section droite passant par le centre de l'atome, est indiquée par des niveaux de gris (elle

Page 20: SOMMAIRE - ac-aix-marseille.fr

est maximale au centre). La courbe en superposition (axe 0r) donne la densité de probabilité radiale

en fonction de la distance r, c'est-à-dire la probabilité d'être en r toutes directions confondues : elle

est maximale pour le premier rayon de Bohr (0,0529 nm).

En fonction de l'état quantique de l'électron (fondamental, excité…) ces nuages peuvent

prendre différentes formes, qui sont décrites en particulier par les harmoniques sphériques. La

forme la plus simple est la symétrie sphérique, montrée en particulier, ci-dessus, dans le cas

de l'état fondamental, |1s>.

Graphe de la densité de probabilité de présence.

Des combinaisons linéaires de fonctions d'onde, utilisant des harmoniques sphériques

distinctes, permettent l'apparition d'une anisotropie qui va devenir essentielle pour le passage

de la notion d'atome à celle de molécule. Le schéma ci-contre montre une coupe de la densité

de probabilité de présence de l'orbitale hybride | > de l'atome d'hydrogène, coupe

contenant Oz axe de symétrie de l'orbitale atomique. Pour cet exemple, l'axe Oz devient une

direction privilégiée, mais de plus la densité de probabilité de présence s'étale plus loin pour

une orientation donnée.

Ce modèle permet d'expliquer :

la stabilité de l'atome, les charges sont accélérées, mais elles sont contraintes par la mécanique quantique (relations d'incertitude) ;

la forme des molécules : orientation préférentielle des nuages électroniques ; l'organisation des cristaux : le nuage électronique se comporte comme une coquille dure ; les effets spectroscopiques (la quantification des échanges d'énergie) : le nuage ne peut

prendre que des formes déterminées, notamment en ce qui concerne la distance r1 du maximum de densité au noyau.

On notera pour terminer que des corrections relativistes sont à apporter, dans le cas des

atomes de numéro atomique élevé, pour la détermination des niveaux internes (les vitesses

des électrons sur les orbites du modèle de Bohr sont alors importantes).

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André Waterkeyn

André Waterkeyn est un ingénieur belge né le 23 août 1917 à Wimbledon, en Grande-

Bretagne, et mort à Bruxelles, en Belgique le 4 octobre 2005. Il a notamment conçu le célèbre

bâtiment de l'Atomium à Bruxelles pour l'Exposition universelle de 1958.

L'ingénieur

André Waterkeyn est un ingénieur civil de l'université catholique de Louvain diplômé en

19421. Il travaillait à la Fédération des industries métalliques belges

2 lorsque le commissariat

général de l'Exposition universelle de 1958 demanda de créer un monument qui symboliserait

la compétence technique de la Belgique. André Waterkeyn conçut lui-même l’Atomium qui

reproduit la structure d’un cristal de métal. Les aspects architecturaux de cette construction

ont été gérés par les architectes André et Jean Polak, par ailleurs beaux-frères de l'ingénieur.

L’Atomium était pensé pour être un édifice temporaire. Il frappa tellement les esprits qu’il fut

conservé comme emblème de la toute jeune capitale du « Marché commun » comme

s’appelait alors l’Union européenne. À la fin des années 1990 l’Atomium bénéficia d’une

rénovation profonde dont Waterkeyn fut encore partiellement le témoin.

Il détenait tous les droits de reproduction sur l’Atomium et les a cédés à la Société de

l'Atomium lors de la rénovation de l'édifice en 2000. Ceci implique qu’aucune photo de

l’Atomium ne peut être diffusée librement avant le 1er

janvier 2076.

André Waterkeyn siégea au conseil d'administration de l'Atomium jusqu'à l'âge de 85 ans (en

2002). Son fils lui succède dans cette fonction.

Le joueur de hockey

André Waterkeyn était un joueur de hockey confirmé. Il a participé aux Jeux Olympiques de

Londres en 1948 avec l’équipe nationale belge. Il se classa alors en cinquième place.

André et Jean Polak

André (né à Montreux le 19 janvier 1914 et mort à Hoeilaart le 2 avril 1988) et Jean Polak

(né à Montreux le 13 juin 1920 et mort à Uccle le 16 février 2012) prennent la relève de leur

père, l'architecte suisse Michel Polak et travaillent pour la promotion immobilière après la

Seconde Guerre mondiale. Ils participent activement à la transformation de Bruxelles. À

défaut d'être de qualité, leur production d'immeubles de bureaux et d'entreprises, de magasins

et d'immeubles à appartements, est impressionnante.

Réalisations

Centre d'enseignement et de recherches des industries alimentaires et chimiques (CERIA) à Anderlecht (1948-1956)

Immeuble Trieste - coin avenue Louise/rue Defacqz à Bruxelles (1963-1966) À l’Innovation, rue Neuve à Bruxelles (1968-1970, avec J. Hendrickx) Centre Monnaie, boulevard Jules Anspach (1967-1971, avec le Groupe Structures) World Trade Center au Quartier Nord à Bruxelles (1969-1973, avec le Groupe Structures)

À l'occasion de l'Exposition universelle de 1958, ils ont également exécuté les plans et

conduit la construction sur le plateau du Heysel du célèbre Atomium de Bruxelles né d'une

conception de l'ingénieur André Waterkeyn, beau frère d'André Polak et chargé des relations

publiques de l'association de métallurgistes Fabrimetal

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Exposition internationale (Redirigé depuis Exposition universelle)

Les drapeaux du BIE, de la Chine, de l'Exposition universelle de Shangaï 2010 et des autres pays

participants.

Les expositions internationales, souvent simplement dénommées Expo, sont de grandes

expositions publiques tenues régulièrement à travers le monde depuis le milieu du

XIXe siècle. Les expositions internationales doivent être distinguées entre celles qui sont

antérieures à la création du Bureau international des expositions (BIE) en 1928 et celles qui,

postérieures à cette création, ont été réglementées par les normes de cet organisme à partir de

1931.

Le Bureau international des expositions (BIE), organisme régulant l'organisation de ces

expositions internationales, définit les expositions comme les manifestations qui ont « un but

principal d'enseignement pour le public, faisant l'inventaire des moyens dont dispose l'homme

pour satisfaire les besoins d'une civilisation et faisant ressortir dans une ou plusieurs branches

de l'activité humaine les progrès réalisés ou les perspectives d'avenir »1. Elles sont

internationales par le fait que plusieurs États y participent2.

Les participants à ces expositions sont les États, les groupes de la société civile et les

entreprises.

Histoire

Les expositions internationales ont été créées pour présenter les réalisations industrielles des

différentes nations. Elles représentaient la vitrine technologique et industrielle des

participants, témoignant du progrès au cours de la révolution industrielle. La première

exposition universelle s'est déroulée à Londres en 18513.

À l'origine, chaque pays disposait d'un espace réservé dans un pavillon central. À partir de

1867, des pavillons nationaux firent leur apparition. En principe, ils étaient attribués

seulement s'il y avait des choses à présenter que le pavillon central ne pouvait accueillir. Ils ne

tardèrent pas à se généraliser, les nations exposantes construisant des pavillons typiques de

l'architecture de leurs pays.

La compétition était omniprésente dans les expositions universelles, et des concours

permettaient aux plus méritants d'obtenir des médailles bénéficiant d'un certain prestige.

Cadre réglementaire : la Convention de 1928 et le BIE

Les expositions internationales ont longtemps été soumises aux seules règles que leur donnait

le pays où elles avaient lieu.

Page 23: SOMMAIRE - ac-aix-marseille.fr

Le 22 novembre 1928, les représentants de trente et un pays réunis à Paris ont signé le

premier traité international régissant les expositions internationales : la Convention de Paris

de 1928. Celle-ci est entrée en vigueur le 17 janvier 1931 et a été amendée à plusieurs reprises

depuis lors, mais reste le cadre réglementaire actuel pour toutes les expositions

internationales.

Le Bureau international des expositions (BIE), créé par cette même convention, vise à garantir

sa bonne application4.

Postérité

La tenue des expositions universelles a toujours été l'occasion de mettre en place des projets

d'urbanisme : construction du métro de Paris en 1900 ou de celui de Montréal en 1967,

extension du métro de Lisbonne en 1998…

De nombreuses réalisations architecturales construites à l'occasion d'expositions universelles

sont en outre devenues des symboles des villes qui les ont abritées : la tour Eiffel à Paris,

l'Atomium à Bruxelles, le Space Needle à Seattle, la Biosphère à Montréal…

Catégories d'expositions internationales

Longtemps, le BIE a distingué les expositions internationales entre celles de première

catégorie et celles de seconde catégorie.

Un amendement à la Convention, pris en 1988 et entré en vigueur en 1996, réglemente la

classification actuelle. Aujourd'hui, le BIE distingue ainsi deux catégories principales

d'expositions internationales : les « expositions universelles » et les « expositions

internationales / spécialisées ». Il reconnaît en outre deux autres catégories : les expositions

horticoles et la Triennale de Milan.

Expositions universelles

En termes réglementaires, les expositions universelles sont dénommées expositions

internationales enregistrées. Elles ont un thème à caractère universel, d'intérêt et d'actualité

pour l'ensemble de l'humanité. Depuis 1995, elles se déroulent en principe au moins tous les

cinq ans. Leur durée maximale est de six mois. Les pavillons sont en principe conçus et

construits par les participants eux-mêmes.

Expositions internationales / spécialisées

En termes réglementaires, les expositions internationales / spécialisées sont dénommées

expositions internationales reconnues. Leur thème ont un caractère précis et spécialisé, au

contraire des expositions universelles. Elles se déroulent à fréquence variable, entre deux

expositions universelles, pour une durée maximale de trois mois. Les pavillons sont construits

par les organisateurs de l'exposition et mis à la disposition des participants qui se chargent

ensuite de les personnaliser extérieurement et intérieurement.

Autres expositions internationales

Depuis 1960, le BIE accorde sa reconnaissance aux expositions internationales d’horticulture

approuvées par l’Association Internationale des Producteurs d’Horticulture (AIPH).

Le BIE reconnaît également l’exposition des Arts Décoratifs et de l’Architecture Moderne de

la Triennale de Milan, « en raison de son antériorité historique et pour autant qu’elle conserve

ses caractéristiques d’origine ».

Page 24: SOMMAIRE - ac-aix-marseille.fr

Liste des expositions internationales (universelles et

spécialisées)

Année Ville hôte Pays Catégorie Thème

1851 Londres Royaume-Uni universelle Industrie de toutes les nations

1853 New York

États-

Unis universelle Industrie de toutes les nations

1855 Paris

Empire

français

universelle Agriculture, industrie et beaux-arts

1860 Besançon

Empire

français

universelle Industrie horlogère et beaux-arts

1861 Metz

Empire

français

universelle Agriculture, industrie et beaux-arts, École de Metz

1862 Londres Royaume-Uni universelle Agriculture, industrie et beaux-arts

1867 Paris

Empire

français

universelle Agriculture, industrie et beaux-arts

1872 Lyon France universelle Agriculture, industrie, sciences, beaux-arts et

commerce

1873 Vienne

Autriche-

Hongrie universelle Culture et éducation

1876 Philadelphie

États-

Unis universelle Industrie, beaux-arts, produits du sol et des mines

1878 Paris France universelle Agriculture, industrie et beaux-arts

1879 Sydney Australie universelle ?

1881 Paris France spécialisée Électricité

1880 Melbourne Australie universelle Arts, fabrications, produits industriels et agricoles

de toutes les nations

1885 Anvers Belgique universelle5 ?

1887 Toulouse France

1888 Barcelone

Royaume

d'Espagne universelle

Architecture, Art: Apothéose du Modernisme

catalan (Antoni Gaudí), urbanisation de la zone du

Parc de la Ciutadella, depuis l'arc de triomphe

jusqu'à la gare de train de France (Estació de

França en Catalan).

1889 Paris France universelle La Révolution française et les progrès des sciences

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Année Ville hôte Pays Catégorie Thème

et techniques faits en France depuis 1789

1891 Prague

Autriche-

Hongrie universelle ?

1893 Chicago

États-

Unis universelle

Célébration du 400e anniversaire de la découverte

de l'Amérique (avec un an de retard)6

1894 Anvers Belgique universelle ?

1894 Lyon France universelle ?

1897 Bruxelles Belgique universelle La Vie Moderne7

1900 Paris France universelle Le bilan d'un siècle

1904 Saint Louis

États-

Unis universelle

Célébration du centenaire de l'acquisition du

territoire de la Louisiane

1905 Liège Belgique universelle Célébration du 75e anniversaire de l'indépendance

belge

1906 Milan

Royaume

d'Italie

universelle Les transports ; célébration de l'achèvement de la

percée du tunnel du Simplon

1908 Marseille France spécialisée L'électricité

1909 Nancy France spécialisée Beaux-Arts École de Nancy, Cristalleries Daum,

Gallé, Majorelle

1910 Bruxelles Belgique universelle ?

1911 Charleroi Belgique spécialisée8 ?

1911 Roubaix France universelle Textile

1911 Turin Italie

Industrie et travail

1913 Gand Belgique universelle ?

1914 Lyon France universelle Hygiène et Santé

1915 San Francisco

États-

Unis universelle

Inauguration du canal de Panama et célébration de

la construction de San Francisco

1925 Grenoble France spécialisée

Houille blanche et tourisme. Utilisation de

l'électricité. Construction de la Tour Perret et

création du Parc Paul-Mistral

1929 Barcelone

Royaume

d'Espagne universelle

À l'origine: Exposition des Industries Électriques,

Architecture le Noucentisme en réaction contre le

Modernisme catalan, urbanisation de la place

d'Espagne, Pueblo Espagnol sur la colline de

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Année Ville hôte Pays Catégorie Thème

Montjuic

1930 Anvers Belgique spécialisée Coloniale, maritime et d'art flamand

1930 Liège Belgique spécialisée Industrie et Sciences

1933 Chicago

États-

Unis universelle

L'indépendance entre l'industrie et la recherche

scientifique

1935 Bruxelles Belgique universelle Les transports - La colonisation

1936 Stockholm Suède spécialisée L'aviation

1937 Paris France universelle Les arts et techniques dans la vie moderne

1938 Helsinki Finlande spécialisée L'aéronautique

1939 Liège Belgique spécialisée La grande saison internationale de l'eau

1939-

1940

New York

États-

Unis universelle

La construction du Monde de demain -

Célébration du 150e anniversaire de l’installation

du gouvernement de George Washington

1949 Stockholm Suède spécialisée

Vue d’ensemble de l’état actuel du sport et de la

culture physique dans tous les pays du monde -

Célébration du 100e anniversaire de la mort de

Pehr Henrik Ling, fondateur de la gymnastique

suédoise

1949

Port-au-

Prince

Haïti universelle Bicentenaire de la fondation de Port-au-Prince -

Hommage aux œuvres de paix et de progrès

1951 Lille

République

française

spécialisée Le textile

1953 Rome Italie spécialisée L'agriculture

1953 Jérusalem Israël spécialisée La conquête du désert

1954 Naples Italie spécialisée La navigation

1955 Helsingborg Suède spécialisée Arts appliqués de l'habitation et de l'aménagement

intérieur

1955 Turin Italie spécialisée Le sport

1956 Beit Dagan Israël spécialisée Agrumes et citriculture

1957 Berlin

Allemagne de

l'Ouest spécialisée Reconstruction du quartier Hansa

1958 Bruxelles Belgique universelle Bilan du monde pour un monde plus humain

Page 27: SOMMAIRE - ac-aix-marseille.fr

Année Ville hôte Pays Catégorie Thème

1961 Turin Italie spécialisée L'Homme au travail - Célébration du 1er centenaire

de l'unité de l'Italie

1962 Seattle

États-

Unis universelle Aperçu de la vie de l’Homme au XXIe siècle

1964 New York

États-

Unis universelle La paix par la compréhension

1965 Munich

Allemagne de

l'Ouest spécialisée Transports et communications

1967 Montréal Canada universelle Terre des Hommes - Centenaire de la fédération du

Canada

1968 San Antonio

États-

Unis spécialisée La rencontre des civilisations aux Amériques

1970 Osaka Japon universelle Progrès humain dans l'Harmonie

1971 Budapest Hongrie spécialisée La chasse

1974 Spokane

États-

Unis spécialisée Progrès sans pollution

1975

Okinawa

Hontō

Japon spécialisée La mer que l'on aimerait voir

1981 Plovdiv Bulgarie spécialisée La cynégétique

1982 Knoxville

États-

Unis spécialisée Energy turns the World

1984

La Nouvelle-

Orléans

États-

Unis spécialisée Le Monde et ses rivières

1985 Tsukuba Japon spécialisée La maison et son environnement – Science et

technologie de l’humain

1985 Plovdiv Bulgarie spécialisée Les réalisations des jeunes inventeurs

1986 Vancouver Canada spécialisée Transport et communication - le Monde en

mouvement

1988 Brisbane Australie spécialisée

Les loisirs à l’ère de la technologie -

Célébration du 200e anniversaire de la création de

l’Australie

1991 Plovdiv Bulgarie spécialisée L’activité des jeunes au service d’un monde de paix

1992 Gênes Italie spécialisée Christophe Colomb - Les bateaux et la mer -

Célébration du 500e anniversaire de la découverte

Page 28: SOMMAIRE - ac-aix-marseille.fr

Année Ville hôte Pays Catégorie Thème

de l'Amérique

1992 Séville Espagne universelle L'Ère des découvertes ; célébration du 500e

anniversaire de la découverte de l'Amérique

1993 Daejeon

Corée du

Sud spécialisée Le défi d'une nouvelle voie vers le développement

1998 Lisbonne Portugal spécialisée

Les océans un patrimoine pour l’avenir -

Célébration du 500e anniversaire de l’arrivée de

Vasco de Gama en Inde

2000 Hanovre Allemagne universelle L'Homme, la nature, la technologie - économie

d'énergie et d'espace

2005 Aichi Japon spécialisée La sagesse de la nature

2008 Saragosse Espagne spécialisée L'eau et le développement durable

2010 Shanghai Chine universelle Meilleure ville, meilleure vie

2012 Yeosu

Corée du

Sud spécialisée

Pour des côtes et des océans vivants : diversité des

ressources et activités durables

2015 Milan Italie universelle Nourrir la planète, énergie pour la vie

2017 Astana Kazakhstan spécialisée Énergies durables, environnement. L'avenir de la

planète.

2020 Dubaï

Émirats

arabes unis universelle Connecter les esprits, Construire le futur