La Galvano plastie

Partie I  et II

La Galvanoplastie :

1- Histoire
2- Principe physique : L’électricité
3- Principe chimique : Les REDOX
4- L’électrolyse
5- Les potentiels REDOX
6- La température
7- Les métaux
8- Les sels
9- Protocole générique

Introduction :

La galvanoplastie est un art qui est mis en pratique de nos jours dans plusieurs domaines. Qu’il s’agisse de l’industrie de pointe du microprocesseur ou bien de l’artisan bijoutier le plus traditionnel, elle se révèle essentiel à plusieurs disciplines produisant de la pièce unique aux très grandes séries.  
On abordera donc ici en un premier temps son histoire, ses origines, ses premières applications puis les principes physiques et chimiques qui sont mis en œuvre dans sa réalisation. Enfin on présentera les protocoles élémentaires à sa pratique et quelques clefs pour aller plus loin dans la maîtrise de cette discipline.
I Une histoire à la croisée de deux sciences :

La première forme de galvanoplastie qui serait avéré remonterait au III ème siècle AV-JC .  La découverte de la Pile de Bagdad laisse les scientifiques perplexes. Certains  chercheurs avancent  que ce système aurait servit à la galvanoplastie de l’or. Cela reste théorique.
On doit la découverte du galvanisme à Giovanni Galvani, un savant italien du XVIII° siècle. Lors de ses recherches sur l’électricité animale,  Il a remarqué que deux métaux de nature différente mis en contact pouvaient créer un potentiel électrique.  Plus tard au tournant de 1800, Alessandro Volta qui donnera son nom au Volt présenta à l’académie des sciences de Londres la première pile électrique fonctionnel.  En 1802, le chimiste  italien Brugnatelli réalise la première galvanoplastie à l’or reconnue de l’histoire.  Plus tard, le russe Boris Jacobi fait la démonstration du phénomène à Saint Petersburg. Avec l’invention de la machine à courant continue stable de Gramme, un travail de qualité devient possible et la Maison Christofle s’impose rapidement sur le marché de ce nouveau procédé au cœur du XIX siècle.  

II Electricité :

Pour faire de la galvanoplastie il faut avant tout de l’électricité.  C'est-à-dire une onde électrique accompagnée d’un déplacement d’électron.  Attention : L’onde électrique se déplace à la vitesse de la lumière, les électrons de quelque 1/10eme par seconde.
L’électricité se résume en quatre forces ou composantes:  

La tension : C’est la différence de charge électrique entre deux bornes d’un appareil. Elle représente aussi la force électromotrice. Elle est noté V ou U
Le courant : C’est le débit de charges qui passe dans un corps. Il est noté I
La pulsation : c’est la fréquence d’oscillation du courant. Elle est noté Ω, on s’en sert pas en galvanoplastie.
La puissance : Elle découle de la tension par le voltage. Elle est noté P

Relation entre les quatre composantes de l’électricité :

Quand un courant se déplace dans un corps, celui-ci (sauf les supraconducteurs) lui oppose une résistance. Cette résistance est noté R, elle s’exprime en ohms.

Un Ampère est égal à l’intensité du courant que produit une tension de un volt aux bornes d’une résistance d’un ohm.  
Un volt est égal à la différence de potentiel que produit un courant de un ampère à travers une résistance de un Ohm.

Ainsi on déduit la Loi : U = R x I

I = U / R
R= U / I

La puissance est donnée par l’équation :

P = U x I


De ces lois physiques on peut facilement déduire des réalités simples :

Il n’y a pas de courant dans circuit ouvert car aucun corps n’est soumis à une différence de potentiel.  Donc le réglage du courant sur une alimentation stabilisé est une illusion. Ce que l’on règle c’est la puissance fournie par cette alimentation.
Une tension peut exister sans courant, c’est l’électricité statique.
On comprend donc aussi que, si il n’y a pas de résistance (ou très faible) dans un conducteur traversé par une tension électrique alors l’intensité deviens infinie : c’est le cours circuit.
Par voie de conséquence la puissance elle aussi devient infinie et le corps étant traversé par ce courant infinie et cette puissance infini finit par chauffer et être détruit par le courant. Voila pourquoi un cour circuit détruit tout les dispositifs électrique ou électronique.

Une forte différence potentielle sans un courant élevé ne tue pas. En revanche un courant d’un ampère suffit à tuer un homme.  La tension et le courant sont inversement proportionnels.

Partie III

III Chimie :

1 L’atome :
Un atome est une particule de matière dans sa plus simple expression : Un noyau composé de protons chargé positivement, des neutrons (neutre voir inutile) et un nuage d’électrons chargé négativement et maintenue en place par la charge positive du noyau comme deux aimants s’attirant.
Les électrons des atomes sont disposés en nuage formant des couches comme un oignon. La réaction chimique ne se produit que dans la couche électronique la plus superficiel par un échange d’électrons avec un autre atome.
La chimie est une science basée sur la capacité des atomes à former des corps complexes comme les molécules (ensemble d’atome) ou les ions et les cations (atomes imparfait mis en suspension dans une solution liquide).



Oui mais comment ça marche ?
En fait c’est comme deux parents jonglant avec deux bébés. Chaque parent a son bébé et le lance à son tour à l’autre qui le récupère. Ce jeu de jonglerie les oblige à rester assez près l’un de l’autre. Comme leurs bébés leur sont précieux, il reste très prés pour éviter un accident. Ils sont donc liés ensemble.
C’est la liaison chimique.

Ces liaisons si parfaite peuvent être détruite par une chose : Le Potentiel Hydrogène.

Quand l’acide sulfurique (H2SO4) attaque le cuivre métallique (CU), il transforme les atomes de cuivre en ion. L’hydrogène s’en va, il reste un cation de cuivre marié à du soufre : SO4 + CU 2+

2 Le cas des Ions anions et cations :

Les cations sont des atomes à qui il manque un ou plusieurs électrons. Les anions sont des atomes excédentaires en électron.
Si on reprend le cas du jeu de jongle, là les parents on soit un bébé prêt à lancer soit ils attendent les bras tendus qu’un bébé arrive. Mais riens ne viens et se produit.
Cela les agaces et ils vont chercher la première occasion pour reprendre le jeu.



3 LA REDOX :

Les réactions d’oxydoréductions correspondent à un échange d’électrons transformant un atome de métal en anion ou cation et vice-versa.
Expérience :

Plonger du fer dans une solution de sulfate de cuivre. Le cuivre se fixe sur le fer et le fer se transforme en ion (ici le cation du cuivre à transformer un atome de fer en cation et lui s’est changer en métal).
Fe(s) + Cu2+(aq) Fe2+(aq) + Cu(s)
Le fer à donner deux électrons : c’est un réducteur.
Le cuivre à prix deux électrons : c’est un oxydant.

La capacité des métaux à donner ou à voler des électrons fait qu’ils sont soit réducteurs soit oxydant.

Mnémotechnique : Un oxydant et un voleur !

Posez ici vos question :

Merci.

Salut Sam86!

Yeahh, merci!! Ca clarifie pas mal de trucs!! Et j'aime beaucoup le coup des parents avec leurs bébés !

Ca ravive plein de souvenirs de lycée!

J'attends avec impatience la suite!

Bonne journée!

Salut Sam et merci ... en fait je n'ai pas lu ,juste en diagonale ,j'ai copier collé ton texte et tes explications pour pouvoir les consulter à t^te reposée ..

Mais merci d'avance pour la peine que tuas prise et l'effort de faire en sorte que cela compréhensible par tous (et même pas moi ce qui est peu dire )

Donc a plus tard pour des commentaires s'il y a lieu .

http://fr.wikipedia.org/wiki/Galvanoplastie

Bonjour à tous,

L'article de wikipédia est pas mal mais un peu survolé. Cela vous fera un petit mémento sympa.

Merci Mr zimmermann.

La suite :

IV L’électrolyse :

Dans la nature les réactions d’oxydoréduction peuvent se produire seul (cas du sulfate de cuivre oxydant le fer en sulfate de fer et réduisant Cu2+ en Cu métal). Seulement certaines réaction on besoin pour ce faire d’un coup de pouce. Cela vaut aussi si on manque de patience.

RAPPEL : L’ONDE ELECTRIQUE SE DEPLACE A LA VITESSE DE LA LUMIERE, LES ELECTRONS DE QUELQUE 1/10EME PAR SECONDE.
RAPPEL : LES ELECTRONS DES ATOMES SONT DISPOSES EN NUAGE FORMANT DES COUCHES COMME UN OIGNON. LA REACTION CHIMIQUE NE SE PRODUIT QUE DANS LA COUCHE ELECTRONIQUE LA PLUS SUPERFICIEL PAR UN ECHANGE D’ELECTRONS AVEC UN AUTRE ATOME.
RAPPEL : LES REACTIONS D’OXYDOREDUCTIONS CORRESPONDENT A UN ECHANGE D’ELECTRONS TRANSFORMANT UN ATOME DE METAL EN ANION OU CATION ET VICE-VERSA.

Cas Simple : L’électrolyse de l’eau

Lorsque l’eau est traversée par un courant électrique, l’onde électrique (le courant) traverse quasi instantanément l’eau d’une borne à l’autre. Il s’en suit un mouvement électronique en sens inverse du courant.
A la borne négative, la cathode les électrons vont sortir dans le liquide et vont casser les molécules d’eau en dihydrogène H2. Cela se produit car cet afflue d’électrons libre va séduire les atomes).
La cathode est la borne réductrice.
A la borne positive, l’anode, les électrons qui arrivent à sa surface vont oxyder (en arrachant des électrons aux molécules d’eau) l’eau en dioxygène.
L’anode est la borne oxydante.

V Les potentiel Redox :


Les réactions chimique d’oxydoréduction ou redox sont crées par un échange d’électrons qui provoque un mouvement d’électrons au sein de la matière.  

C’est ce qu’observa Galvani dans ses études sur l’électricité animale mais il n’en connaissait pas la nature exacte.

Plus le potentiel généré par l’atome est important plus l’atome est noble.

Le plus noble des atomes c’est celui d’or, puis viens les platinoïdes et l’argent. La noblesse de ses métaux fait qu’il s’oxyde très difficilement. Ainsi il faut 2 acides pour oxyder l’or et les platinoides.

C’est l’Eau Royale qui seule peut l’oxyder car le potentiel redox de l’eau Royale (Aqua Regia) est plus important que celui de l’or.  L’or à un potentiel redox d’environ 3 volts.

Définition : un Platinoïde est un élément chimique du groupe du platine à savoir, le rhodium, le palladium, le ruthénium, l’osmium et l’iridium.  Ces métaux à l’état naturel sont des sous produit de platine. Ils sont rares et cher. Leur noblesse en fait des métaux de choix en galvanoplastie.

Aqua Regia – Eau Royale : Mélange d’acide fort composé de 1/3 acide chlorhydrique et 2/3 d’acide nitrique. L’eau royale est une pompe à électrons chimique, d’où sont puissant pouvoir oxydant comparable aux super acides.

L’eau royale forme du chlorure d’or. Ce chlorure est chimiquement réduit par le sulfate de Fer.  Ainsi dans le cas le l’affinage de l’or, on dilue les déchets d’or dans l’eau royale puis en y ajoutant du sulfate de Fer on récupère de l’or fin.

POUR FORCER UNE REACTION REDOX AVEC L’ELECTROLYSE, IL FAUT UN POTENTIEL ELECTRIQUE SUPERIEUR AU POTENTIEL REDOX DE L’ATOME CONCERNE.

Ainsi les ions de platinoïdes et de l’or on une tension de travaille d’environ 6 V à 6.5V (ne pas oublier la chute de tension liée au courant) en galvanoplatie.

La température :



La chaleur est la résultante de l’augmentation de fréquence de vibration des atomes. Elle est une manifestation fondamentale de l’énergie. Sans chaleur, il ne peut y avoir de réaction chimique car pas d’énergie initiale pour entamer la réaction chimique et brasser les atomes dans un liquide. C’est le zéro absolue.
La chaleur et un catalyseur, c’est comme l’amorce d’un bâton de dynamite. Sans mèche, le bâton ne peut exploser.
En galvanoplastie, la chaleur est importante car on travail sur de très gros atomes très lourd. Il faut beaucoup d’énergie initiale (de la chaleur) pour les faire se mouvoir est interagir entre eux.
Les chimistes ajoutent des aditif pour aider les atomes à se mouvoir sans trop avoir besoin de chaleur. Ces aditif sont alcalin, donc déjà réducteur et vont essayer de pousser les gros atomes de métaux nobles à agir.

Le principal additif est l’ammoniaque.

Cela n’est parfois pas suffisant pour crée une réaction satisfaisante. On doit augmenter la température du bain dans lequel sont les anions et les cations. Ainsi, on retiendra 2 température de référence : 25c° et 60 c°.

Je suis désolé ...Sam ..je décroche ...J'espère qu'il en sera autrement pour les "jeunes) moi j'ai le cerveau en bouillie ,j'ai dur relire jusque a trois fois certain passage pour tenter de visualiser le principe ....

J'suis pas équipé ..;en fait j'l'ai jamais été ...j'suis un visuel un retardé des neurones ..

Pour moi y'a qu'un truc qui fonctionne l'exemple ,j'suis pas foutu de me concentrer deux minutes sur ton texte .

C'est pas ta faute ,j'ai jamais pu suivre un cours sans laisser mon esprit vagabonder du coté de la fenêtre ..;à l'école j'usais plus mes genouillères que le fond de mes pantalons ..(les genoux à cause des punitions ,genre ,je ne dois pas hurler <<à l'abordage ,sus aux hommes du roy >> en plein cour de Math ,et éviter de dormir en rêvant !


Je vais retrouver ce qui me sert de fil rouge pour mon galvano ..


En tout sincérité ...te dire "j'ai compris " serait pure forfanterie de ma part ...

Salut Eddy,

Rassure toi j'ai pensé aux visuel. Une fois la rédaction version forum fini je mettrai un pdf avec plein de dessin et d'illustration pour faciliter la compréhension de certains point qui sont difficile. Malheureusement, certains point demanderons un effort particulier (par exemple: dissocier la force électromotrice par rapport au courant). Faire un postulat arbitraire sur ce point ne serait pas constructif et satisfaisant.

Pour les autres:

Avez-vous compris jusque là? Car après on va tout mélanger et ça va se corser un poil.

Je te cite <<Faire un postulat arbitraire sur ce point ne serait pas constructif et satisfaisant.
>>.

Traduction en langage plus clair ...(si j'ai bien compris !)

<< vouloir expliquer ceci sans en passer par là, (Là ,étant tout la logorrhée que tu viens de nous servir)...  ne peut être constructif et satisfaisant ..>>

Ne soi pas déçu ,mais je peux plus suivre ...ça me gave ..je t'assure ,j'espère vraiment que d'autres plus patient te comprendrons et te suivront .;moi j'abandonne ...

Mais j'irais quant même voir tes explications en photo ..ça je peux faire !


Allez continue sans plus t'occuper de moi ...!je n'interviendrais plus sur le sujet .sans acrimonie aucune !

Non Eddy, quand je dit cela c'est que je veut que tu comprenne quelque choses d'exacte et pas une approximation. Car une approximation ne suffira pas si tu te retrouve un beau jour à 5 h du mat à préparer un bain de galvano avec la cliente sur le seuil de la porte à 8H.

Il faut que tu comprenne. Sinon c'est un échec pour moi et personne n'avancera.

Dit moi ce que tu ne comprend pas.

Oulah On s'est ml compris ...

<<Faut surtout pas me prendre pour exemple ni comme maître étalon ....>>

C'est pas un reproche pour toi .. (ni pour moi d'ailleurs),c'est juste une constatation qui plus est ...je vais pousser le bouchon encore plus loin...la galvano ..j'suis tout juste intéressé ,je pense en avoir saisi le principe au même titre que l'électricité ,ou la combustion à froid ...

je n'utilise cet outil que parcimonieusement étant moi ,un adepte du bijoux patiné ,en fait je m'en suis servi il y a quelques jours pour rendre service a un ami ..

En plus je ne fais que du rhodiage et je trouve cela pathétique que les clients demandent un bijoux en argent rhodier ...pour pas que cela ternisse (et surtout comme cela ils ou elles peuvent prétendre à de l'or blanc ou du platine ...

Vanité ,vanité tout n'est que vanité ...

Donc continue tes explications ..je suis c'est bien je suis pas ...ben je poserais des questions ...

Salut Sam

Pour ma part j'ai tout compris donc tu peux poursuivre il y en a au moins un qui suit

Merci encore

ça va pour le moment

Je dois être equipé du même cerveau 1.0 qu'Eddy..........( pas de mise a jour disponible, j'ai demandé)J'ai décroché, dévissé, ensuite le noir, noir profond, et extrême solitude, enfin pas tout a fait, car je ne me sent pas si seul, pas vrais Eddy.

Bonjour Jacques, Helveto-Joaillier-Boulanger-Fermier-Pêcheur,

Moi aussi, je suis mais très difficilement, j'ai surtout hâte de voir des photos et le principe en marche tout simplement..

Je peux le lire Wiki au besoin.

Belle journée.



Michel Zim

Quels sont les passage qui vous sont difficile?

Bonjour Sam86,

Le difficile est que tu passes en revue tout ce qui est de la chimie et de la  physique en donnant la description des moindres composantes de ces sciences....et que toutes et tous espèrent surtout voir ton appareil à galvanoplastie maison et son usage...simple..

On a l'impression que tu fais long un peu exprès...

Belle journée.

Michel Zim

Je suis impressionné par ton niveau en la matière Sam!
En ce qui me concerne, je suis surtout interressé par le côté pratique du métier.
J'étais nul en physique/chimie à l'école et ca ne me manque aucunement de ne plus en entendre parler!
Je fais des rhodiages quotidiennement à l'aide d'une alimentation stabilisée et j'obtiens d'excellent résultats.
Merci pour ta contribution experte en tout cas et de faire profiter de ton savoir ceux qui ont les capacités d'assimiler ce genre de texte.
Bonne continuation et encore merci.
Johan.

Juste une petite question
Qu'a de particulier une alimentation stabilisé par apport a une autre alimentation en ce qui nous concerne ici ?

Si tu veux avoir des résultats reproductibles, il te faut des préalables fiables et connus précisément, seule une alimentation stabilisée peut te fournir cela.

Une alimentation redressée et filtrée est dépendante de beaucoup de paramètres (tension d'entrée, température, courant de sortie ...) et fournit une onde de sortie contenant une ondulation résiduelle, et un taux d'harmoniques pas négligeable

En expérimentation, on se doit de soigner particulièrement la connaissance des situations initiales