Activité 1 : interaction matériaux et ondes électromagnétiques

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1 Thème : Ennoblissement des textiles et des cuirs Activité 1 : interaction matériaux et ondes électromagnétiques Objectifs : - Définir les domaines d ondes électromagnétiques et les placer sur un axe gradué en longueur d onde. - Connaitre les modes d interactions des matériaux avec les ondes électromagnétiques : rétro réflexion de la lumière blanche, fluorescence, photochromie, anti onde électromagnétique, réflecteur IR, absorbeur d UV - Connaitre d autres exemples d interaction des matériaux avec leur environnement : matériau thermo chrome, anti statique, microsphères lumineuses anti contrefaçon dans les textiles et les cuirs. 1) Domaine des ondes électromagnétiques : Spectre de la lumière provenant du soleil ou de la lumière du jour : a) Quelle est la couleur de la lumière provenant du soleil ou de la lumière du jour. b) ommer l appareil permettant d observer le spectre de la lumière provenant du soleil ou de la lumière du jour. c) Représenter le spectre de cette lumière en y indiquant les valeurs des longueurs d onde aux extrémités. d) Sur un axe gradué en longueur d onde, placer les ondes électromagnétiques suivantes : micro ondes IR rayon X ondes radios rayon gamma ( ) Lumière visible UV e) Placer un filtre coloré devant l appareil permettant d observer des spectres. oter vos observations et indiquer les effets que peut produire un filtre coloré sur la lumière du soleil ou lumière du jour. f) Quelles sont les propriétés des ondes électromagnétiques? Aidez-vous des indications suivantes pour répondre à la question : Onde incidente Matériau n 1 Interface de séparation Matériau n 2 Ouverture dont la taille est proche de la longueur d onde Milieu de propagation air eau verre diamant vide Vitesse de propagation en m.s m.s 1 2, m.s m.s 1 1, m.s m.s 1 L'affaiblissement de la puissance du signal est en grande partie du aux propriétés des milieux traversés par l'onde. Voici un tableau donnant les niveaux d'atténuation pour différents matériaux : milieu air bois verre plastique eau brique céramique béton métal affaiblissement aucun faible faible faible moyen moyen élevé élevé Très élevé

2 2) Matériaux rétro réflechissant la lumière blanche : a) Echantillonner les deux types de matériaux rétro réfléchissant. b) Expliquer et schématiser le protocole expérimental permettant de montrer la propriété de rétro réflexion des matières. c) Expérimenter le protocole. d) Dessiner le matériau et les trajets d un rayon lumineux. Expliquer le phénomène de «rétroréflexion». e) Donner la composition de chacune des deux technologies de matériaux et leurs propriétés en vous aidant des informations ci-dessous. MICRO GLASS BEADS Light radius Glass bead glue fabric Metal cover Technical process using micro glass beads glued on fabric Microscope photo scale 100 Applications and properties : - Fabric backing perfect for apparel industry - Hight reflectivity results on dry weather - Special colors easy to made - Tapes and piping for garment sports and cycling wears - Stretch material for confortable wear - o toxic product and no heavy metal composition - Washability 40 C and also dry cleanable MICRO PRISMATIC Light radius Microscope photo scale 100 vinyl Process made of micro prismatic elements built into reflective sheeting. Design of the micro prims reflects the light. Applications and properties : - Vinyl backing perfect for labeling industry - Hight performance on raining weather - Limited colors range - Washability 40 C but not dry cleanable 3) Matériaux fluorescents : a) Echantillonner plusieurs matériaux fluorescents et non fluorescents. b) Placer vos échantillons dans la cabine à lumière, les éclairer sous différents illuminants et noter vos observations dans un tableau (visibilité, couleur, effet fluorescent ou non) : c) Définir la propriété de «fluorescence» d un matériau. échantillons lampe à incandescence lampe UV illuminant D65 (lumière du jour + UV)

3 Un gilet de sécurité visibilité est composé de bandes rétro réfléchissantes ainsi que d un tissu fluorescent. d) Sur une journée de 24 heures, indiquer la période horaire dans laquelle les matériaux rétro réfléchissant sont les plus opérationnels et efficaces et sous quelle condition. Indiquer les conditions qui rendent inopérant la fonction de rétro réflexion. e) Sur une journée de 24 heures, indiquer la période horaire dans laquelle le tissu fluorescent est le plus opérationnel et efficace. Indiquer les conditions qui rendent inopérant la fonction de fluorescence. f) Citer 4 applications utilisant des gilets ou vêtements possédant des bandes rétro réfléchissantes et des zones fluorescentes. 4) Matériaux photochromes : a) Vous disposez d un tissu teint avec des colorants photochromes. Placer le tissu sous la lampe UV et noter vos observations. b) Définir la propriété de «photochromie» d un matériau. c) Citer une application possible d un matériau photochrome. 5) Matériaux absorbeurs d UV : Les domaines des UV : UVA : At the surface of the Earth roughly 95% of solar UV radiation is comprised of UVA, which has a wavelength of nm. UVA penetrates deeper into the skin than UVB, and exposure to high doses of UVA can cause indirect DA damage, age your skin, cause skin cancer and damages your eyes. UVA does not cause sunburn, and since SPF only indicates a level of protection against sunburn, it is important to use broad spectrum sun lotions, which will offer protection against both UVA and UVB. Sunbeds give off mainly UVA radiation, and have been classified as carcinogenic in some countries, with minors being banned from using them. UVB : UVB radiation does not enter as deeply into the skin as UVA, and is mostly absorbed by the outermost layer of the skin (the epidermis). UVB is more likely to cause sunburns and is primarily responsible for causing skin cancer. UVB is associated with the development of malignant melanoma, which can be fatal if left undiagnosed and untreated. Approximately 90% of UVB radiation is absorbed by ozone, water vapor, oxygen and carbon dioxide. However, as ozone is the main absorber of UVB radiation, the UVB intensity at the Earth s surface depends strongly on the total amount of ozone in the atmosphere, and thus on the thickness of the ozone layer. UVB has a wavelength between nm. UVC : UVC is the most damaging of all three types of UV radiation but is removed by the ozone layer, so it does not reach the Earth's surface. However, continued damage to the ozone layer by CFCs (chlorofluorocarbons) and halogen gases may allow UVC radiation to reach the Earth s surface. UVC has a wavelength between nm. Les absorbeurs d UV : Le dioxyde de titane et l oxyde de zinc sont des pigments qui absorbent les UV. Selon la dimension des particules inorganiques de ces deux matières, l œil les perçoit blancs (poudre finement divisée) ou transparents (monocristal, couche mince). Dimensions des particules de 1 à 10 µm : poudre vue blanche Dimensions des particules de 80 à 100 nm : pellicule transparente coldblack (finishing by Schoeller) : Sun Reflector - UV Protector Dark colours are known to heat up in direct sunlight more than light colours because they absorb both the visible and invisible elements of the sun's rays. coldblack is a special finishing technology for textiles that reduces heat build-up on dark fabrics. Many textiles that are worn in summer or in the sunshine offer poor protection from damaging UV rays. The new coldblack generation now guarantees a minimum UV protection of UPF 30 when applied for any textile* in any colour without affecting the look or feel of the product. Questions : a) Que signifie «UV»? b) Placer sur un axe gradué en longueur d onde les 3 domaines UV en indiquant succinctement les effets qu ils produisent. c) Quels sont les effets des rayons UV sur les textiles? d) Donner la formule brute du dioxyde de titane et de l oxyde de zinc, absorbeurs d UV. e) ommer les deux types de particules en fonction de leurs dimensions. f) ommer le gaz de l atmosphère qui filtre une importante partie des UV. g) ommer les couleurs des textiles absorbant le plus les UV et les couleurs des textiles absorbant le moins les UV. h) Quel inconvénient se produit par cette absorption d UV? i) ommer la marque d apprêt chimique absorbeur d UV que l on peut appliquer sur des textiles quel que soit leur couleur. j) Pour l homme, quels sont les moyens pour se protéger des UV?

4 6) Matériaux réflecteurs d IR : Voici deux matériaux réfléchissant les IR : energear développé par Schoeller et Mextec Superlife de chez Mectex : energear, a specially developed titanium-mineral matrix, is based on ancient knowledge about certain minerals which are able to reflect back Far Infrared Rays. energear can be applied to or incorporated into fabrics in different ways: e.g. as finishing technology on the fabric, integrated into a membrane or in a printing process. Textiles finished with energear technology can increase concentration and general wellbeing. Additional energy that is reflected back to the body can prevent premature fatigue and improve regeneration, even when sleeping. energear increases oxygen levels in the blood Mectex Superlife is composed of a mixture of synthetic and natural rare earth oxides and transition metals that, depending on a precise formulation and treated at a temperature higher than 1600 C, confer the capability of emitting far infrared rays even at room temperature. Mectex Superlife is a new material used to produce items that can remain in contact with the body for a prolonged period of time. Clothes treated with Mectex Superlife absorb the energy emitted from the body and release it exclusively in the form of FIR rays (Far InfraRed) that bestow a sense of wellbeing. The beneficial actions of Mectex Superlife are not only restricted to heating the body. It has been demonstrated that exposure to far infrared rays has several benefits: Improves sense of equilibrium; Improvement in blood circulation; Improves the level of oxygen in the blood; Improves thermoregulation and perspiration; Stimulates the metabolism; Helps in recovering from fatigue; Increases the sense of wellbeing a) Que signifie IR? b) Quelle est la composition de chacun des matériaux réflecteurs d IR. c) Quelle est leur propriété principale? d) Quel est le mode de transfert d énergie thermique? e) Quels sont les bénéfices sur le corps humain? f) Citer des applications de ces matériaux dans les textiles. 7) Matériaux anti ondes électromagnétiques : Voici des informations techniques provenant de différents produits textiles : MATERIAU 1 : BIOLIE BIOLIE : tissu naturel pour se protéger contre les champs électriques basses et hautes fréquences, le Tissu antiondes BIOLIE (ATUREL) est recommandé pour vous protéger efficacement des champs électriques basses et hautes fréquences avec une atténuation de 46 db à 900 MHz (GSM) - Matériaux : 30% Coton bio - 12% Lin bio - 34% polyester trévira - 22% cuivre - 2 % argent MATERIAU 2 : BEKIOX C est un fil d inox. Pour être classé dans la catégorie inoxydable, un acier doit contenir au moins 10,5% de chrome et moins de 1,2% de carbone. Les fils d inox peuvent être tissés avec d autres fibres naturelles ou synthétiques. Le textile agit comme un écran bloquant les ondes électromagnétiques émis par des téléphones portables et les réseaux sans fil informatique (wi-fi) - Textile réalisé avec Bekinox : 70% laine - 30% Bekinox QUESTIOS : a) Quel domaine d onde appartiennent les ondes émises par les téléphones portables et les ondes des réseaux informatiques sans fil? b) Comparer les compositions des matériaux anti ondes électromagnétiques et indiquer quelles matières bloquent les ondes électromagnétiques provenant des téléphones portables, des ondes WIFI des ordinateurs c) A quelle grande famille de matériaux appartiennent-ils? d) Citer une autre propriété de ces matériaux. e) Donner la composition de l inox. f) Renfermer votre téléphone portable dans un tricot anti onde électromagnétique. oter vos observations.

5 8) Les matériaux thermochromes : Vous disposez de matériaux thermochromes. Expliquer la propriété d un matériau thermochrome. Est-ce que cette propriété est réversible? Expliquer. 9) Les azurants optiques : La lumière blanche est composée de 3 principaux d ondes : le tiers des bleus, le tiers des verts et le tiers des rouges. Une matière textile, telle que le coton ou le lin, reste légèrement jaunâtre, même après un traitement chimique de blanchiment (eau de Javel ). a) Sachant qu un textile jaunâtre absorbe les ondes complémentaires du jaune, donner la couleur des ondes absorbées par le textile. b) Pour donner un aspect «blanc» au textile, on le teint avec des substances chimiques appelées azurants optiques. Les azurants optiques absorbent les UV et restituent l énergie sous forme de radiations bleues. ommer la propriété des azurants optiques. c) Expliquer l action des azurants optiques sur le textile. Voici la formule semi développée d un azurant optique pour le coton. d) Identifier les différentes familles et fonctions chimiques présentes sur cette molécule. e) Donner la formule brute de cette molécule d azurant optique. HO HO a H H CH a CH a H H OH OH a 10) Les matériaux antistatiques : Voici différents matériaux ayant la propriété d être anti statique : Matériau n 1 Matériau n 2 Matériau n 3 Matériau n 4 80 % Coton 95% polyester 98,1% laine, 1,5% acier 15% Elasthanne, 5% Ag 3% cuivre, 2% nickel a) Définir la propriété de «anti statique». b) Quels sont les composants rendant une matière anti statique? c) A quelle famille appartiennent-ils? d) Citer une autre propriété de ces matériaux. e) Quels sont les inconvénients évités par une matière anti statique? f) Prélever un échantillon de textile anti-statique. 11) microsphères lumineuses anti contrefaçon dans les textiles et les cuirs : 95% coton 5% carbone extrait de la revue CTC avril 2011 : procédés anti-contrefaçon en maroquinerie et en chaussure : La technologie testée consiste à appliquer un marquage invisible sur cuir avec la technologie ValiMark de TraceTag, mise en œuvre dans un système d impression par compostage. ValiMark désigne un marqueur fluorescent invisible à l œil. Le code choisi pour cette étude est un code alphanumérique de 10 caractères (2 pour le jour, 2 pour le mois, 2 pour l année, 2 pour la ligne de production et 2 pour le site de production). Deux types de marqueurs (microsphères lumineuses) ont été testés pour l impression : le fluorophore rouge F-R et le fluorophore jaune F-Y. L appareil qui permet de visualiser les microsphères lumineuses est doté d une source de lumière visible et UV et d un filtre coloré spécifique permettant de détecter l émission de la fluorescence à une longueur d onde donnée. Microsphères lumineuses rouges 13 échantillons de cuir ont été marqués, voici le bilan qualité de détection par face et par fluorophore : Impression au F-Y côté fleur Impression au F-Y côté chair Impression au F-R côté fleur Impression au F-R côté chair 4 échantillons facilement 2 échantillons facilement 11 échantillons facilement 5 échantillons facilement a) Rappeler à quoi correspondent les côtés «fleur» et «chair» d un cuir. b) quel type de marquage est le plus adapté? Expliquer.

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