RISQUES LIÉS À LA CORROSION : L’ART COMME MOYEN
DE MOTIVATION POUR L’ENSEIGNEMENT
DE LA CORROSION DANS UN COURS DE CHIMIE
Luiz Edmundo AGUIAR
Centro Federal de Educação Tecnológica de Química de Nilópolis/Rio de Janeiro
MOTSCLÉS : AMÉRIQUE LYCÉE RISQUE CHIMIQUE MOTIVATION CORROSION
RÉSUMÉ : Les risques liés aux processus de corrosion font tomber des édifices et creusent des réservoirs de combustibles. Pour traiter ce sujet multidisciplinaire et complexe, nous avons motivé les élèves en intégrant la Chimie et l’Art. Grâce à des techniques contrôlées de processus oxydants de différents métaux sur des toiles, les élèves ont formé des images artistiques en utilisant seulement les couleurs résultant des produits de corrosion. Des tableaux artistiques sans encre ont été leurs produits finaux.
SUMMARY : Corrosion-linked risks lead buildings to fall and fuel tanks to pit and leak. To approach this complex and multidisciplinary subject, we motivated students by means of integrating chemistry and art. Using controlled techniques of oxidative processes of many metals over canvas, they produced artistic images colored only with the corrosion products.
1. INTRODUCTION
Les risques liés à la corrosion se distribuent suivant divers domaines. Des édifices et des ponts peuvent tomber, des réservoirs de combustibles peuvent se creuser. Des problèmes de santé peuvent apparaître quand les outils de cuisine sont corrodés. Au Brésil, le coût de la corrosion monte à 3,5% du P.I.B. Le remplacement du matériel métallique corrodé consomme 35% de toute la production annuelle. Les processus de corrosion, au-delà des événements thermodynamiques, sont souvent associés à des problèmes de pollution de l’air (influencés par des poussières, des gaz et de l’humidité) ou de l’eau (influencés par des produits contaminants comme des gaz et du sel dissous, des substances organiques, des bactéries, des algues). La pluie acide, par exemple, cause une forte dégradation de monuments. La pollution des eaux et de l’air augmente le pouvoir corrosif des fluides liquides et gazeux et l’augmentation des particules dans l’air accélère le processus de corrosion atmosphérique.
L’enseignement d’un sujet multidisciplinaire et complexe comme la corrosion, défie le professeur : comment motiver les étudiants ? Les buts de ce travail étaient : (a) développer des mécanismes pour stimuler et éveiller la motivation chez les élèves, sans laquelle aucun processus d’apprentissage ne sera possible ; (b) introduire l’étude de la corrosion un début d’intégration de la Chimie et de l’Art ; (c) conscientiser les étudiants à re-utiliser, dès que possible, les déchets, en commençant par ceux produits pendant les classes de travaux pratiques sur la corrosion ; (d) pratiquer avec les étudiants des actions pour diminuer l’exposition de l’environnement aux risques de la corrosion ; (e) rechercher la possibilité de formation d’images avec des produits de corrosion en créant des tableaux (toiles) sans encre ou peinture, tout simplement avec les couleurs des produits de corrosion des métaux ; (f) découvrir les réactions électro-chimiques qui sont à l’origine des processus de corrosion.
2. MATÉRIAUX ET PROCÉDURES
Matériaux : Des toiles en coton, des morceaux de fer et de cuivre, des clous et fragments de fer à
différentes tailles et épaisseur, des pièces métalliques diverses, du magnésium en ruban, des ciseaux pour métal et du formaldéhyde. Des électrodes de graphite, une étuve à sécher, une pompe à vide, une hotte et une source de courant continu (cc). Des solutions de NaCl à 1 et 3 % p/v, NH4OH 0,1
M, AgNO3 0,1 M, K3[Fe (CN)6]0,5M, K2CrO4 0,5M, CuSO4 1,0M. Coût total : moins de US$100/
Déroulement du projet : quatre élèves ont été sélectionnés (Tableau 1) dans différents cours
d’origine selon leur intérêt général pour la chimie et l’art et selon leurs compétences dans les disciplines importantes pour l’enseignement de la corrosion. Ils ont (i) participé à l’élaboration théorique-conceptuelle et à la proposition des expérimentations, (ii) cherché les matériaux les moins chers, (iii) essayé les différentes réactions et façons de fixer les produits de corrosion, (iv) préparé les tableaux et (v) préparé leur exposition. Grâce à un questionnaire, nous avons évalué l’impact du projet sur ces élèves et sur les autres élèves de l’école, selon Mendes & Schall (1995).
Tableau 1: Caractéristiques et comportement des élèves participants
Paramètre Cours d’origine Profil de l’élève en : physico-chimie chimie inorganique interêt pour la chimie interêt pour l’art
interêt/motivation pendant le projet Participation aux activités :
- conception théorique,
- description des réactions chimiques - essais de processus oxydatifs - production des tableaux - préparation de l’exposition élève 1 Environnement bas moyen grand bas bas moyen moyen grand élève 2 Chimie bon réguli-ergrand bas grand grand grand grand grand moyen élève 4 Chimie régulier régulier moyen moyen grand bas bas moyen moyen moyen élève 3 Chimie régulier bon grand bas grand grand moyen moyen grand moyen
Conception théorique : on a prévu que des produits de corrosion de différentes couleurs et textures
allaient être obtenus au cours des processus oxydatifs des divers métaux et que, si ces métaux avaient différentes formes et si l’oxydation se faisait de façon contrôlée, leurs produits de corrosion pourraient se précipiter sur une base (les toiles) en formant des images colorées en accord avec le modèle, images qui pourraient après être fixées sur le tissu, donnant naissance à un tableau.
3. RÉSULTATS ET CONCLUSIONS
Une grande variété de couleurs et textures a été obtenue dans les 23 toiles produites. Sept tableaux ont été sélectionnés par les élèves pour l’exposition publique. Deux chemins ont été suivis : un chimique et l’autre électrochimique. Dans le premier, les pièces métalliques étaient exposées à un électrolyte sur la toile et les produits se déposaient naturellement. Dans le deuxième, le produit final trouvait son origine dans l’électrodéposition - corrosion imposée par un courant électrique. Dans toutes les situations, le temps total de l’essai a été mesuré.
Dans le tableau 1, des rubans de magnésium ont été disposés sur une toile immergée pendant 20 minutes dans une solution de CuSO4 et l’imprégnation a été obtenue par la réduction du cuivre
ionique au cuivre métallique sur le ruban. Si, après, on lie ce magnésium à une source cc de 2A (comme cathode), et si on introduit une électrode de cuivre pour agir comme anode, connectée à la même source, on accélère le processus de déposition du cuivre. Après séchage, on voit surgir un fond bleuâtre, dû à la cristallisation du CuSO4.
Dans le tableau 2, une grille a été plongée dans une solution de NaCl à 1% pendant 20 min et connectée après (comme cathode) à un système électrolytique, avec une anode en fer, et on a ajouté une solution de K2CrO4 par 2h. Le fond jaune est dû à la cristallisation du chromate.
Le tableau 3 a été produit en liant un morceau de grille en fer comme anode à un système électrolytique où une cathode en fer a été connectée, tous les deux liés à une source cc de 2 A pendant 48h. Après cela, tout a été aéré pour amener tous les produits de corrosion du fer à une situation d’oxyde ferrique, qui donne la couleur brun-rougeâtre à l’imprégnation.
L’image du tableau 4 a été obtenue par l’exposition d’une pièce d’acier-carbone pendant 96h sur une toile pré-plongée dans une solution de NaCl à 3%, sous aération constante, ce qui a engendré la coloration rougeâtre typique des produits ferriques.
Au tableau 5, la rapidité de la réaction d’oxydo-réduction a été associée à la différence de potentiel de l’argent par rapport au cuivre, et de l’argent par rapport au fer, puisque l’on sait que les deux, sous forme ionique, agissent comme oxydants, passant donc à l’argent métallique réduit. Des morceaux de cuivre et de fer ont été déposés de façon aléatoire sur une toile pré-plongée en solution aqueuse de AgNO3 0,1M pendant 24 h. Puis on a ajouté une solution 0,1M de NH4OH pour
préserver sous forme d’hydroxyde le film noir d’argent qui a été obtenu.
Pour le tableau 6, nous avons cherché à former l’image par argentation, avec des morceaux de cuivre et des solutions de AgNO3 et de NH4OH, et formaldéhyde. Le cuivre a été exposé à la
solution d’argent, puis l’hydroxyde a été rajouté, avant le fixateur.
Le tableau 7 montre une situation où deux électrolytes ont été utilisés séparément, agissant sur des métaux différents. Des morceaux de cuivre et fer ont été enfouis dans une solution d’AgNO3, puis
de NaCl à 3%. Les deux ont souffert de l’attaque par le chlorure : on voit la formation de chlorure ferrique (coloration brun-rougeâtre) et de chlorure de cuivre (coloration bleu-verdâtre) aux extrémités des régions où il y avait des morceaux de cuivre, et aussi des taches grisâtres causées par le chlorure d’argent (action sur l’argent métallique produit avant comme réaction préliminaire de réduction de l’argent).
Chaque produit de corrosion coloré, obtenu sous forme de précipité ou soluble, entraînait des discussions sur les réactions en train de se passer. Les élèves ont cherché à acquérir de la compétence sur certains concepts fondamentaux, toujours en discutant entre eux et avec le professeur. Au cours du projet, quand les premières toiles ont été produites, un nombre chaque fois plus grand d’élèves s’est intéressé. En 1997, quand nous l’avons fait par la première fois, il y avait 9 candidats pour les 4 places du projet. En 1998, on avait 54 élèves intéressés. Ce type de travail a été inclu dans des cours de physico-chimie (chimie inorganique et corrosion) ouvert à tous les élèves. Pendant l’exposition, 312 personnes ont signé le livre de présence avec de nombreux commentaires positifs.
Le comportement des élèves a été aussi notre objet d’étude. Pendant les 9 mois de durée du projet les 4 participants se sont intéressés de façon importante, indépendamment de leurs connaissances préliminaires ou de leur intérêt plutôt pour la chimie ou plutôt pour l’art (Tableau 1). Le questionnaire nous a permis de vérifier comment ils avaient évalué leur propre participation. Au début, ils voulaient tout simplement augmenter leurs connaissances et gagner de l’expérience, autant que pouvoir montrer aux autres le produit de leur projet. Cependant, ils avaient aussi l’anxiété typique des attentes que l’on sent avant le début d’un projet scientifique. Les attentes face à l’inconnu et le plaisir de la découverte étaient présentes dans leurs réponses. Selon leurs mots : « avant que les tableaux ne se finissent, je n’imaginais pas qu’on allait obtenir un effet si beau ». Les élèves se sont aperçus de l’importance de la base fournie par certaines disciplines, surtout la physico-chimie, les chimies inorganique, organique et générale. Ils se sont aperçus aussi de l’interaction entre le projet et le cours régulier et du rôle complémentaire de la recherche et de l’enseignement. Ils ont dit qu’ils avaient appris autant de choses en chimie qu’en art et que leur participation n’etait pas simplement technique. Ils ont vu évoluer leur conception de la chimie vers une conception plus large, plus globale, applicable et intéressante, non seulement pour les chimistes mais aussi pour les personnes en général. Très motivés, ils voulaient poursuivre ce projet, et y essayer des nouvelles réactions et expérimentations. Ils se sont aussi rendus compte qu’il « fallait faire une grande diffusion du projet et en initier d’autres », ainsi que « chercher à développer une interaction plus étroite avec la communauté pour montrer que la Chimie n’est pas seulement une Science, mais aussi de la Vie », et « montrer aux personnes que la Chimie pourrait aussi servir
comme loisir, en changeant la vision commune d’une chimie monotone et marrante », et, enfin « surtout qu’on peut faire de l’art avec la chimie ».
Nos conclusions sont que la façon naturelle et plaisante de conduire la construction de leurs connaissances en physico-chimie et en chimie inorganique, ainsi que dans d’autres domaines, a beaucoup motivé les élèves et les a menés à de nouvelles découvertes. Le projet a éliminé des préjugés concernant les disciplines de formation générale (l’art) et montré l’importance de l’ensemble des disciplines qui se paraissent dans le cours régulier.
Comme nous croyons que l’apprentissage est une sorte de réorganisation, de développement et d’évolution des conceptions des élèves (l’apprentissage conçu comme des changements ou comme une évolution conceptuelle), nous sommes sûrs que les élèves sont motivés pour l’étude de différentes disciplines. Surtout si l’enseignant reste attentif à leur écoute et à la valorisation de leurs idées, agissant comme un médiateur dans le processus de construction de leurs connaissances. Nous n’avions pas de prétention à obtenir des tableaux soumis à des rigueurs artistiques, car ils n’étaient que des sous-produits de l’apprentissage et de la motivation. Cependant nous n’avons pas simplement confirmé notre hypothèse de départ qu’il serait possible de produire des tableaux artistiques grâce au dépôt des produits de corrosion. Les toiles ont surgi avec une telle expressivité qu’elles ont conquis l’admiration et les éloges du public visitant l’exposition des projets, ce que pour les élèves a été gratifiant et très motivant. Si l’on utilise donc cet instrument comme moyen de motivation, comme un défi, la réalisation d’une chose stimulante et plastiquement intéressante, qui puisse produire quelque chose de réel et permanent, peut aider tout apprentissage. Cela peut aussi engendrer une prise de conscience sur la préservation et le recyclage des matériaux, pour prévenir des risques de contamination de l’environnement et minimiser les risques liés aux processus de corrosion.
BIBLIOGRAPHIE
DE MEIS L., BRAGA A., RUMJANEK V.M., BARRAL F., Science and art : concepts and misconceptions, Biochem. Educ., 1993, 21, 195-196.
MENDES C.L.S., SCHALL V. T., Knowledge of forests and their representation among urban children (elementary school children in the municipality of Rio de Janeiro) : considerations about environemental education, Ciencia & Cultura, 1995, 47, 32-37.
