Le fer et la rouille : choisir le bon métal pour un abri
Un club scientifique doit construire un petit abri pour protéger un compteur d'eau dans la cour de l'école. Trois matériaux sont disponibles : du fer ordinaire, de l'acier galvanisé (recouvert de zinc) et du bois traité. Le terrain est humide et l'air marin arrive de la vallée voisine, ce qui accélère la corrosion. Un élève observe qu'un clou en fer laissé dehors devient rouge-brun en quelques semaines, alors qu'un clou galvanisé résiste plus longtemps. Le club dispose d'un budget limité et doit justifier son choix devant le professeur de sciences, en s'appuyant sur des observations et non sur des impressions.
1. Expliquer, à partir de l'observation des clous, pourquoi le fer rouille et pourquoi le zinc protège l'acier.
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Le fer rouille parce qu'il réagit avec le dioxygène de l'air et l'eau : il se forme de l'oxyde de fer hydraté, de couleur rouge-brun, qui s'écaille et ne protège pas le métal restant. L'humidité et le sel de l'air marin accélèrent cette réaction. Le zinc, lui, s'oxyde avant le fer : il forme une couche d'oxyde de zinc qui reste adhérente et bloque le contact avec l'air et l'eau. C'est une protection sacrificielle : même si la couche est rayée, le zinc continue de s'oxyder à la place du fer. C'est pourquoi le clou galvanisé résiste plus longtemps que le clou en fer ordinaire.
2. Comparer les trois matériaux pour l'abri et recommander un choix argumenté.
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Le fer ordinaire est le moins adapté : en air humide et salé, il rouille vite et il faudrait le repeindre souvent, ce qui coûte du temps et de l'argent. L'acier galvanisé résiste mieux grâce au zinc, mais il faut éviter de le percer ou de le rayer sans protection, car les bords exposés deviennent des points de rouille. Le bois traité ne rouille pas, mais il peut pourrir ou être attaqué par les insectes si l'humidité persiste ; il demande un entretien régulier. Recommandation : acier galvanisé pour la structure, avec des fixations également galvanisées et des bords protégés. On justifie par l'observation des clous et par la présence de sel dans l'air, qui rend le fer ordinaire inadapté.
3. Le club veut vérifier son hypothèse par une expérience simple à l'école. Décrire le protocole et la conclusion attendue.
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Protocole : prendre trois clous identiques, l'un en fer, l'un galvanisé, l'un en fer enduit de graisse. Les placer dans trois récipients contenant la même quantité d'eau salée, à l'air libre, pendant deux semaines. Observer chaque deux jours et noter la couleur et l'étendue de la rouille. Variable testée : la protection du métal. Variables contrôlées : même eau, même durée, même exposition à l'air. Conclusion attendue : le clou en fer rouille le plus vite, le clou galvanisé résiste le mieux, le clou graissé résiste tant que la graisse tient. Cela confirme que la protection par un revêtement ralentit la corrosion et que l'eau salée accélère le phénomène.