Le vert-de-gris qui verdit le cuivre :
pourquoi disait-on que c'était un poison ?
Le toit d'un temple, la Statue de la Liberté, une vieille pièce de 10 yens : vous avez peut-être déjà vu du cuivre devenu vert au fil des années. Cette couleur s'appelle le « vert-de-gris ». On a longtemps affirmé que le vert-de-gris était toxique, mais cette idée est aujourd'hui remise en question.
Une pièce de 10 yens toute neuve est d'un rouge orangé bien brillant. Mais une pièce restée des années au fond d'un porte-monnaie ou d'une tirelire devient brunâtre, parfois même verdâtre.
Les toits en cuivre des temples et sanctuaires, ou la Statue de la Liberté qui se dresse outre-mer, arborent un vert bien plus net. Le cuivre, à l'origine rouge-brun, finit par prendre une couleur totalement différente au fil des décennies.
Ce changement a une explication bien précise.
Deux raisons seulement expliquent ce verdissement
Le cuivre réagit peu à peu, chimiquement, avec l'oxygène, l'eau et le dioxyde de carbone présents dans l'air. Mais cette réaction est bien plus lente que la rouille du fer.
Le composé qui se forme à la surface du cuivre lors de cette réaction (le principal constituant du vert-de-gris) est de couleur bleu-vert. C'est une teinte que l'on retrouve souvent chez les composés du cuivre.
Voyons cela dans le détail, point par point.
Raison 1 : le cuivre réagit très lentement
Certains métaux réagissent dès qu'ils touchent l'air, d'autres réagissent à peine. Le cuivre se situe entre les deux. Il est moins réactif que le fer, mais nettement plus réactif que l'or ou l'argent.
À la surface du cuivre, l'oxygène, l'humidité et le peu de dioxyde de carbone présent dans l'atmosphère font lentement avancer la réaction. Cette lenteur s'explique, semble-t-il, par le fait que ces composants sont déjà peu concentrés dans l'air, et que la fine couche formée par la réaction ralentit elle-même la suite du processus. C'est pourquoi ce changement de couleur prend des années, voire des décennies.
Près de la mer, l'air chargé de sel influence la formation du vert-de-gris ; en ville, ce sont plutôt les composants atmosphériques qui diffèrent. Selon l'environnement, le « vert-de-gris » peut ainsi prendre des teintes variées : plus bleuté, ou mêlé de noirâtre.
Raison 2 : le composé formé se trouve être vert
Le fer rouille en brun-rouge, tandis que le cuivre se transforme en bleu-vert. Cette différence tient à la nature du composé formé. Les composés du fer tendent à être brun-rouge, ceux du cuivre plutôt bleus ou verts.
Cela serait lié à l'état des électrons des atomes métalliques, qui détermine quelles longueurs d'onde de lumière sont absorbées ou réfléchies. Bien qu'il s'agisse dans les deux cas d'un métal réagissant avec les composants de l'air, la couleur obtenue diffère totalement selon le métal — voilà pourquoi.
Au Japon, on a longtemps cru le vert-de-gris fortement toxique, au point que les manuels scolaires le mentionnaient ainsi à une certaine époque. Mais des études approfondies sur sa toxicité ont ensuite montré que celle-ci est aussi faible que celle des autres composés courants du cuivre présents dans notre environnement. À la suite de ces résultats, le contenu des manuels a été révisé. C'est un exemple où un « savoir ancien » a été corrigé par la suite grâce à des recherches précises.
En résumé
Si le cuivre devient vert, c'est grâce à la combinaison de deux facteurs : ① il réagit lentement, chimiquement, avec les composants de l'air, et ② le nouveau composé qui en résulte se trouve être vert. Quant à l'idée que « le vert-de-gris est un poison », elle a été révisée par des recherches ultérieures — un exemple parmi d'autres de correction d'une idée scientifique reçue.
Le vert-de-gris n'est pas le signe que le cuivre se dégrade.
C'est la preuve que le cuivre poursuit lentement sa transformation chimique.
- Plongez une pièce de 10 yens ternie quelques minutes dans un mélange de vinaigre et d'un peu de sel
- Retirez-la, rincez-la à l'eau, essuyez-la avec un chiffon sec : observez que la surface retrouve son éclat rougeâtre
L'acide du vinaigre dissout la fine pellicule de composé formée en surface, révélant la couleur originelle du cuivre sous-jacent. Mais si on laisse la pièce à l'air libre, l'oxydation reprendra peu à peu. Ne jetez pas le vinaigre utilisé directement dans l'évier ; suivez les consignes d'élimination appropriées.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les programmes scolairesDu niveau collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, chaque niveau est indiqué
- CollègeNiveau du programme de sciences du collège
- LycéeNiveau du programme de « chimie de base » du lycée
- Lycée+Niveau « chimie » du lycée, ou contenu approfondi / encadré du manuel
- UniversitéContenu non abordé au lycée, relevant de matières universitaires spécialisées (chimie inorganique, science de la conservation)
- RechercheContenu qui n'est même pas enseigné à l'université comme une « théorie établie » : un sujet que les chercheurs étudient encore actuellement
CollègeVocabulaire : les mots du vert-de-gris
- Oxydation : transformation chimique par laquelle une substance se combine notamment à l'oxygène.
- Vert-de-gris : nom générique des composés verts qui se forment sur le cuivre après une longue période.
- Carbonate basique de cuivre : un des principaux constituants du vert-de-gris. Sa composition exacte varie selon l'environnement.
LycéeVérification par le calcul : quelle quantité de cuivre a réellement changé ?
Prenons l'exemple de la Statue de la Liberté pour calculer la quantité de cuivre transformée en vert-de-gris.
| En symboles | m = ρ × S × d ; et la proportion f = d ÷ D |
| En mots | « masse = densité × surface × épaisseur », et « proportion transformée = épaisseur de la couche transformée ÷ épaisseur de la plaque » |
| D'où vient cette formule | C'est simplement la combinaison de la définition de la densité (masse ÷ volume) et du volume d'une forme en plaque (surface × épaisseur). |
| Signification des symboles | m : masse (en grammes) / ρ : densité du cuivre (en grammes par centimètre cube) / S : surface (en centimètres carrés) / d : épaisseur de la couche transformée (en centimètres) / D : épaisseur de la plaque de cuivre (en centimètres) / f : proportion transformée |
| Épaisseur de la plaque de cuivre (Statue de la Liberté, valeur indicative) | 2,4 mm (0,24 cm) |
| Épaisseur de la couche de vert-de-gris (après plus de 100 ans, hypothèse) | 0,1 mm (0,01 cm) |
| Densité du cuivre | 8,96 g/cm³ |
※ L'épaisseur de la couche de vert-de-gris est une valeur hypothétique destinée à illustrer le mécanisme. La valeur réelle varie selon le lieu et la durée.
| Volume de la couche de vert-de-gris (pour 1 m² = 10 000 cm²) | 10 000 × 0,01 = 100 cm³ |
| Masse de la couche de vert-de-gris | 8,96 × 100 = 896 g |
| Volume de la plaque de cuivre d'origine (pour 1 m²) | 10 000 × 0,24 = 2400 cm³ |
| Masse de la plaque de cuivre d'origine | 8,96 × 2400 = 21504 g |
| Proportion de cuivre transformée | (896 ÷ 21504) × 100 ≒ 4,2 % |
Même après plus de 100 ans, seuls environ 4 % du cuivre total ont été transformés, selon ce calcul. Même si toute la surface semble avoir changé de couleur, seule une couche très fine a réellement subi une transformation chimique : l'essentiel du cuivre interne reste intact.
Lycée+Pourquoi le cuivre réagit-il plus lentement que le fer ?
Certains métaux cèdent facilement leurs électrons et réagissent aisément, d'autres les retiennent et réagissent peu ; cet ordre de propriété s'appelle la « série électrochimique » (ou « réactivité relative des métaux »). Le fer est plus réactif que le cuivre. Le cuivre, moins réactif, réagit donc plus lentement même dans un air identique. Cette différence explique en partie pourquoi la couleur du fer et celle du cuivre changent à des vitesses si différentes.
UniversitéLe vert-de-gris n'a pas une composition unique
La pellicule verte que l'on appelle vert-de-gris n'est pas un composé unique : selon l'environnement (composition de l'atmosphère, humidité, distance à la mer), elle résulte d'un mélange de plusieurs composés du cuivre, comme le carbonate basique de cuivre ou le sulfate basique de cuivre. Dans le domaine de la science de la conservation du patrimoine, on étudie comment traiter cette couche de vert-de-gris sans la retirer à la légère : la considérer comme une partie de la valeur historique de l'objet, ou comme une couche protégeant le cuivre sous-jacent. Cette pellicule qui se forme à la surface du cuivre est appelée patine ; son principal constituant, le carbonate basique de cuivre, correspond à des minéraux comme la malachite ou la brochantite. Une pellicule qui empêche toute corrosion ultérieure de la surface est appelée, dans le domaine des matériaux métalliques, une couche passive.
📖 Détails sur la composition et la formation : Vert-de-gris (Wikipédia japonais)
RechercheCe qui reste encore incertain
- La relation exacte entre la composition du vert-de-gris et sa toxicité fait encore l'objet de recherches approfondies. Comme la composition varie selon l'environnement, toutes les combinaisons possibles n'ont pas été étudiées en détail.
- Les avis d'experts divergent parfois sur la manière et la mesure dans lesquelles il faut préserver le vert-de-gris présent sur le patrimoine culturel. Concilier esthétique, valeur historique et protection du métal sous-jacent reste un défi pour la science de la conservation.
- L'effet des changements de pollution atmosphérique sur la formation du vert-de-gris est aussi un sujet d'étude en cours. La composition de l'atmosphère évolue avec le temps, et la teinte comme la vitesse de formation du vert-de-gris pourraient en être affectées.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences ・ oxydation et réduction | Principe de base : le cuivre réagit avec les composants de l'air |
| Lycée | Chimie de base ・ quantité de matière, calcul de densité | L'ensemble des calculs ①②③ de la vérification par le calcul |
| Lycée+ | Chimie ・ série électrochimique | Pourquoi la vitesse de réaction diffère entre cuivre et fer |
| Université | Chimie inorganique ・ science de la conservation du patrimoine | Diversité de composition du vert-de-gris, traitement en conservation |
| Recherche | Science des matériaux ・ science de la conservation (en cours) | Relation détaillée composition-toxicité, méthodes de conservation, effet de la pollution atmosphérique |
| ― | Histoire des sciences ・ correction d'une idée reçue | Comment l'idée « le vert-de-gris est un poison » a été révisée |
- Contenu général des manuels de chimie concernant l'oxydation des métaux et la série électrochimique.
- Documents d'enquête d'organismes publics et d'experts sur la composition et la toxicité du vert-de-gris.
- Contenu général de documents spécialisés en science de la conservation du patrimoine culturel, concernant le traitement du vert-de-gris sur les objets en cuivre.
- Documents généralement connus concernant la Statue de la Liberté, notamment l'épaisseur de ses plaques de cuivre.
※ Les valeurs d'épaisseur, de densité, etc. sont des estimations et hypothèses destinées à faciliter la compréhension du mécanisme. Les valeurs réelles varient selon l'objet et l'environnement.
※Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs numériques présentées sont des estimations et hypothèses destinées à faciliter la compréhension du mécanisme. Pour toute question relative à la toxicité ou à la sécurité des substances, veuillez consulter les informations des organismes spécialisés.