Chapitre 5 – Oxydoréduction et protection des métaux | Terminale Bac Pro ERA-MA (Grpt 3) | Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 5 mai 2026, format manuel scolaire
Marc est ebeniste dans l'atelier MeublesArt, specialise dans la restauration de mobilier ancien a Bordeaux. Il constate que les charnieres en acier d'une armoire ancienne sont recouvertes de rouille orange, tandis que les poignees en laiton (alliage cuivre-zinc) presentent une patine verdatre. Il doit comprendre ces phenomenes de corrosion et choisir les traitements de protection adaptes avant de remonter le meuble.
| Piece metallique | Metal | Etat observe | Couleur du depot |
|---|---|---|---|
| Charnieres | Acier (fer) | Corrodees, ecaillement | Brun-orange (rouille) |
| Poignees | Laiton (Cu + Zn) | Patine en surface | Vert-de-gris |
| Vis de fixation | Acier galvanise | Intactes | Gris mat |
| Serrure decorative | Bronze (Cu + Sn) | Legere patine | Vert sombre |
| Couple Ox/Red | Potentiel standard E° (V) |
|---|---|
| Au³⁺ / Au | +1,50 |
| Cu²⁺ / Cu | +0,34 |
| H⁺ / H&sub2; | 0,00 |
| Fe²⁺ / Fe | −0,44 |
| Zn²⁺ / Zn | −0,76 |
| Al³⁺ / Al | −1,66 |
| Methode | Principe | Exemple d'application |
|---|---|---|
| Galvanisation | Depot d'une couche de zinc sur l'acier | Vis, boulons, toles |
| Peinture anticorrosion | Barriere physique isolant le metal de l'air et de l'eau | Portails, garde-corps |
| Vernissage | Couche de vernis transparent protecteur | Ferrures decoratives |
| Anodisation | Epaississement de la couche d'oxyde naturelle (aluminium) | Profiles aluminium |
| Anode sacrificielle | Bloc de zinc fixé sur la structure – le zinc se corrode à la place de l'acier | Coques de bateaux, pipelines |
Principe de la protection sacrificielle : le métal le plus réducteur (E° le plus négatif) s'oxyde à la place du métal à protéger.
a) D'apres le document 1, quel metal a subi la corrosion la plus importante ? Quel depot s'est forme en surface ?
b) Les vis en acier galvanise sont intactes. Quel metal les recouvre ?
a) L'acier (fer) des charnieres a subi la corrosion la plus importante. Un depot brun-orange s'est forme en surface : c'est la rouille, de formule Fe(OH)&sub3;.
b) Les vis galvanisees sont recouvertes d'une couche de zinc (Zn), ce qui les protege de la corrosion.
La rouille est le resultat d'une reaction chimique entre le fer, le dioxygene de l'air et l'eau (humidite).
a) Identifier les deux reactifs qui attaquent le fer.
b) La corrosion du fer est une reaction d'oxydoreduction : le fer perd des electrons. Comment appelle-t-on une espece qui perd des electrons ?
a) Les deux reactifs qui attaquent le fer sont le dioxygene (O&sub2;) et l'eau (H&sub2;O).
b) Une espece qui perd des electrons est un reducteur. Le fer est donc le reducteur dans cette reaction : il s'oxyde.
a) Ecrire la demi-equation d'oxydation du fer, sachant que le fer perd 2 electrons pour donner des ions fer II (Fe²⁺) :
\[ \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \ldots\,e^- \]
b) Comment appelle-t-on l'espece qui recoit ces electrons ? Quel est son role dans la reaction ?
a) La demi-equation d'oxydation du fer est :
\[ \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\,e^- \]
b) L'espece qui recoit les electrons est l'oxydant. Son role est de se reduire en captant les electrons liberes par le reducteur.
A l'aide du document 2, comparer les potentiels standard du fer (Fe²⁺/Fe) et du cuivre (Cu²⁺/Cu).
a) Quel metal est le reducteur le plus fort ? Justifier a l'aide des valeurs de E°.
b) Si l'on plonge un clou en fer dans une solution de sulfate de cuivre (contenant des ions Cu²⁺), que va-t-il se passer ? Quel metal va se deposer ?
a) E°(Fe²⁺/Fe) = −0,44 V et E°(Cu²⁺/Cu) = +0,34 V. Le fer a le potentiel le plus faible, donc le fer (Fe) est le reducteur le plus fort. Plus E° est negatif, plus le metal est reducteur.
b) Le fer va s'oxyder (perdre des electrons) et les ions Cu²⁺ vont se reduire. Du cuivre metallique (Cu) va se deposer sur le clou (depot rougeatre), tandis que le fer se dissout sous forme d'ions Fe²⁺.
Ecrire les demi-equations et l'equation bilan de la reaction entre le fer et les ions cuivre.
a) Demi-equation de reduction (ions cuivre) :
\[ \text{Cu}^{2+} + \ldots\,e^- \rightarrow \text{Cu} \]
b) Demi-equation d'oxydation (fer) :
\[ \text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \ldots\,e^- \]
c) Additionner les deux demi-equations pour obtenir l'equation bilan.
a) Reduction : \(\text{Cu}^{2+} + 2\,e^- \rightarrow \text{Cu}\)
b) Oxydation : \(\text{Fe} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\,e^-\)
c) Les electrons s'annulent (2 donnes = 2 recus). Equation bilan :
\[ \text{Fe} + \text{Cu}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{Cu} \]
Le fer reduit les ions cuivre : il y a bien transfert de 2 electrons du fer vers les ions cuivre.
D'apres le document 2, le zinc a un potentiel E° = −0,76 V, plus negatif que celui du fer (E° = −0,44 V).
a) Lequel des deux metaux est le reducteur le plus fort : le fer ou le zinc ?
b) Si l'on met en contact du zinc et du fer dans un milieu humide, lequel des deux va se corroder en priorite ? Expliquer.
a) Le zinc est le reducteur le plus fort car son potentiel est le plus negatif (−0,76 V < −0,44 V).
b) Le zinc va se corroder en priorite, car c'est le reducteur le plus fort. Il s'oxyde a la place du fer : \(\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2\,e^-\). Le fer est ainsi protege tant qu'il reste du zinc. C'est le principe de la protection sacrificielle.
L'ebeniste observe que les vis galvanisees (recouvertes de zinc) de l'armoire sont intactes apres 50 ans, alors que les charnieres en acier nu sont rouillees.
a) En utilisant la reponse a la question 6, expliquer pourquoi la galvanisation protege l'acier.
b) Pourquoi dit-on que le zinc joue le role d'anode sacrificielle ?
a) La couche de zinc protege l'acier de deux facons : elle constitue une barriere physique (le zinc empeche l'eau et l'oxygene d'atteindre le fer), et meme si la couche est rayee, le zinc etant un reducteur plus fort que le fer, c'est le zinc qui s'oxyde en priorite, protegeant chimiquement le fer.
b) On dit que le zinc est une anode sacrificielle car il se sacrifie (il se corrode) pour proteger le fer. Le zinc est « consomme » a la place du fer.
Pour restaurer les poignees en laiton, Marc hesite entre deux traitements :
a) Pourquoi la galvanisation n'est-elle pas adaptee pour des poignees decoratives en laiton ?
b) Quel traitement Marc doit-il choisir ? Justifier.
a) La galvanisation depose une couche de zinc grise et opaque qui cacherait l'aspect decoratif du laiton. De plus, le cuivre du laiton ayant un potentiel superieur au zinc, la protection sacrificielle ne fonctionne pas dans ce sens (c'est le zinc qui s'oxyderait, pas le cuivre).
b) Marc doit choisir le vernissage transparent (option A). Le vernis forme une barriere physique qui empeche l'humidite et l'oxygene d'atteindre le laiton, tout en preservant l'aspect decoratif de la piece. C'est la methode adaptee pour les ferrures visibles de mobilier.
Pour les nouvelles charnieres en acier, Marc envisage trois solutions de protection. Completer le tableau suivant :
| Protection | Type de protection | Duree de vie estimee | Adaptee a un meuble d'interieur ? |
|---|---|---|---|
| Galvanisation | Barriere + sacrificielle | 30 a 50 ans | Oui (aspect gris acceptable) |
| Peinture anticorrosion | ...... | 5 a 15 ans | ...... |
| Remplacement par de l'inox | ...... | Illimitee | ...... |
| Protection | Type de protection | Duree de vie estimee | Adaptee a un meuble d'interieur ? |
|---|---|---|---|
| Galvanisation | Barriere + sacrificielle | 30 a 50 ans | Oui (aspect gris acceptable) |
| Peinture anticorrosion | Barriere physique | 5 a 15 ans | Oui (choix de couleur, mais necessite un renouvellement) |
| Remplacement par de l'inox | Passivation naturelle (couche Cr&sub2;O&sub3;) | Illimitee | Oui (aspect brillant, aucun entretien, mais cout eleve) |
Rediger un court paragraphe (4 a 5 lignes) qui resume :
Une reaction d'oxydoreduction est une reaction chimique avec transfert d'electrons : le reducteur perd des electrons (il s'oxyde) et l'oxydant recoit des electrons (il se reduit). Le fer rouille car il s'oxyde au contact de l'eau et du dioxygene de l'air, formant de l'hydroxyde de fer (rouille). Pour proteger l'acier, on peut utiliser la galvanisation (couche de zinc qui se corrode a la place du fer) ou la peinture anticorrosion (barriere physique isolant le metal de son environnement).
Marc envisage de protéger des ferrures en aluminium par anodisation. D'après le document 2, E°(Al³⁺/Al) = −1,66 V, soit le métal le plus réducteur du tableau. Pourtant, l'aluminium ne rouille pas en surface : pourquoi ? Quel est le rôle de la couche d'oxyde formée naturellement à sa surface ?
L'aluminium est très réducteur, donc il s'oxyde rapidement au contact de l'air, formant une couche d'oxyde Al₂O₃ très fine et très adhérente. Cette couche est imperméable (elle empêche l'oxygène et l'eau d'atteindre le métal en dessous) : c'est la passivation. L'anodisation consiste à épaissir artificiellement cette couche par électrolyse pour renforcer encore la protection. C'est ce qui permet à l'aluminium de durer des décennies sans se corroder, contrairement au fer.
📚 Cette activité s'appuie sur §1 (Oxydoréduction et demi-équations), §2 (Classification électrochimique) et §3 (Corrosion et protection des métaux) de la leçon Ch05.