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biophysique gaz

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PACES
Cet ouvrage recouvre tout le programme de Physique et de
Biophysique de l’unité d’enseignement UE3.
Il permet de répondre à des questions de cours ou facilite la résolution d’exercices,
à partir de 226 fiches de révision, chacune d’entre elles correspondant à
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PHYBIOSAN_S_deboeck 10/10/13 14:41 Page1
Pierre Peretti
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978-2-8041-8283-0
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Pierre Peretti
Études de santé
Pierre Peretti est professeur émérite à la faculté des sciences fondamentales
et biomédicales de l'Université Paris-Descartes (Sorbonne Paris Cité).
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« N’admettez rien a priori si vous pouvez le vérifier »
Rudyard Kipling
« Je ne cherche pas à connaître les réponses, je cherche
à comprendre les questions »
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« Dans la vie, rien n’est à craindre, tout est à comprendre »
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Livre 1.indb 1
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Fiches de revision
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Toute la Physique et la Biophysique
des études de santé
Fiches de révision
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PACES UE3 et L2 médecine
Pierre PERETTI
Livre 1.indb 5
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© De Boeck supérieur s.a., 2013
Éditions De Boeck Université
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ou de le communiquer au public, sous quelque forme que ce soit et de quelque manière que ce soit.
Imprimé en Belgique
Dépôt légal :
Bibliothèque Nationale, Paris : novembre 2013
Bibliothèque royale de Belgique, Bruxelles : 2013/0074/214
Livre 1.indb 6
ISBN : 978-2-8041-8283-0
20/11/13 08:37
Table des matières
Dimension, unités et données numériques........................................................
1
Les équations aux dimensions Le Système International (SI) d’unités....................
3
Unités usuelles de masse.........................................................................................
4
Unités usuelles d’énergie.........................................................................................
5
Unités spéciales.......................................................................................................
6
Données numériques...............................................................................................
7
Multiples et sous-multiples des unités......................................................................
8
Lettres grecques usuelles.........................................................................................
9
La structure de la matière et le milieu interieur................................
11
I-1-Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique....
13
Les états fondamentaux de la matière......................................................................
15
Les états de la matière.............................................................................................
15
Les changements d’état...........................................................................................
16
Les états gazeux......................................................................................................
17
Les transferts d’énergie............................................................................................
18
Les principales transformations thermodynamiques................................................
19
Les fonctions thermodynamiques.............................................................................
20
I-2-Les solutions aqueuses et le milieu intérieur.....................................................
27
Caractéristiques physico-chimiques de l’eau............................................................
29
Solutions et solutés en phase liquide.......................................................................
31
Modes d’expression des concentrations des solutions.............................................
32
Cryoscopie et ébulliométrie des solutions aqueuses................................................
33
Acidité des solutions ioniques..................................................................................
34
Basicité des solutions ioniques.................................................................................
35
Les compartiments liquidiens de l’organisme...........................................................
36
Méthode d’étude des compartiments hydriques : dilution d’un traceur.....................
37
Physiopathologie de l’équilibre hydrosodé. Perte isotonique en eau
et en ions sodium. Perte de solution hypotonique....................................................
38
Physiopathologie de l’équilibre hydrosodé. Apport isotonique en eau
et en ions sodium. Apport de solution hypo-tonique.................................................
40
Tableaux de situations pathologiques, de signes cliniques
et de signes biologiques...........................................................................................
42
I-3-Éléments de physique quantique.........................................................................
55
Les forces fondamentales de la nature.....................................................................
57
Les particules fondamentales...................................................................................
59
I.
VII
Livre 1.indb 7
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Table des matières
II.
La dualité onde-particule..........................................................................................
60
Les relations de Heisenberg.....................................................................................
61
Les moments cinétiques en physique quantique......................................................
62
Charges électriques et électrophysiologie ........................................
69
II-1-Électrostatique......................................................................................................
71
La force électrostatique............................................................................................
73
Le champ électrostatique.........................................................................................
74
Énergie potentielle électrostatique...........................................................................
75
Potentiel électrostatique...........................................................................................
76
Équipotentielles et lignes de champ.........................................................................
77
Le condensateur plan...............................................................................................
78
Énergie emmagasinée dans un condensateur.........................................................
79
Le dipôle électrostatique...........................................................................................
80
Potentiel et champ électrique créé par un dipôle......................................................
81
Les positions de Gauss............................................................................................
82
II-2-Électrocinétique....................................................................................................
95
Dynamique des particules chargées placées dans le vide sous l’action
de champ électrique ou de champ magnétique........................................................
97
Mouvement des porteurs de charges dans un milieu matériel.................................
98
Le courant électrique................................................................................................
99
Résistance et loi d’Ohm intégrale.............................................................................
100
Lois de Kirchhoff des circuits électriques.................................................................
101
Lois d’association des dipôles..................................................................................
102
Les courants transitoires..........................................................................................
103
II-3-La fibre nerveuse..................................................................................................
111
Le potentiel membranaire des cellules excitables....................................................
113
Modèle électrique de la membrane cellulaire au repos............................................
114
Le potentiel d’action (ou influx ne veux)...................................................................
115
Variation des perméabilités membranaires..............................................................
116
Propagation du potentiel d’action.............................................................................
117
II-4-Électrophysiologie du cœur................................................................................
121
Potentiel électrique d’un feuillet élémentaire............................................................
122
Potentiel créé par une fibre en oie d’activation.......................................................
123
Le muscle cardiaque................................................................................................
124
Les potentiels d’action et l’électrocardiogramme......................................................
125
Principe du vectocardiogramme d’Einthoven...........................................................
126
Exemple de tracé cardiographique déduit du modèle de Einthoven.........................
127
Les dérivations unipolaires frontales........................................................................
128
VIII
Livre 1.indb 8
20/11/13 08:37
Table des matières
Les dérivations dipolaires frontales..........................................................................
129
Les dérivations précordiales.....................................................................................
130
Les axes de Bailey....................................................................................................
131
L’axe électrique du cœur...........................................................................................
132
Les tracés électrocardiographiques..........................................................................
133
III. La circulation des fluides...............................................................................
139
III-1-Mécanique des fluides parfaits..........................................................................
141
Statique des fluide ..................................................................................................
143
Applications physiques.............................................................................................
144
La « tension » artérielle............................................................................................
145
Dynamique des fluides par aits.................................................................................
146
III-2-Les phénomènes de surface..............................................................................
161
La tension superficiell .............................................................................................
163
Loi de Laplace..........................................................................................................
164
Loi de Hooke............................................................................................................
165
III-3-Les fluides réels...................................................................................................
173
Viscosité et régimes d’écoulement d’un fluide rée . .................................................
175
Vitesse d’un fluide réel dans une conduite cylind ique.............................................
176
Loi de Poiseuille des fluides réel ............................................................................
177
La résistance hydraulique.........................................................................................
178
Lois d’association des résistances hydrauliques......................................................
179
Passage du régime laminaire au régime turbulent...................................................
180
III-4-Les fluides biologiques.......................................................................................
187
Le sang : un fluide compl xe....................................................................................
189
Le système circulatoire sanguin...............................................................................
190
La pompe cardiaque.................................................................................................
191
Travail du cœur.........................................................................................................
192
Structure des parois vasculaires..............................................................................
193
Loi de Hooke pour chaque type de fibr . .................................................................
194
Fonctionnement des artères élastiques....................................................................
195
Fonctionnement des artères mixtes musculo-élastiques..........................................
196
La ventilation pulmonaire..........................................................................................
197
IV. Diffusion et transport transmembranaire.............................................
215
IV-1-Le transport de matière en milieu libre.............................................................
217
Les déplacements de molécules ou d’ions en solution............................................
219
Potentiel chimique et diffusion de masse.................................................................
220
Le débit de particules et l’équation de continuité......................................................
221

IX
Livre 1.indb 9
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Table des matières
Définitions des débits de sol ant et de soluté...........................................................
222
Transport par diffusion : la première loi de Fick........................................................
223
Transport par diffusion : la seconde loi de Fick.........................................................
224
Transport par convection..........................................................................................
225
IV-2-Transports passifs de particules neutres à travers les membranes..............
231
Structure des membranes biologiques.....................................................................
233
Caractérisation physique des membranes...............................................................
234
La diffusion : flux diffusif t ansmembranaire de solutés induit uniquement
par un gradient de concentration..............................................................................
235
L’osmose : flux diffusif t ansmembranaire de solvant induit uniquement
par un gradient de concentration..............................................................................
236
La filt ation : flux t ansmembranaire de solvant induit uniquement
par un gradient de pression hydrostatique...............................................................
237
Flux transmembranaire induit simultanément par un gradient
de pression hydrostatique et un gradient de concentration......................................
238
Équilibre de Starling.................................................................................................
239
Formation des œdèmes...........................................................................................
240
Tonicité d’une solution..............................................................................................
241
Échanges au niveau de la membrane glomérulaire rénale......................................
242
La filt ation glomérulaire rénale................................................................................
243
IV-3-Transports transmembranaires de particules chargées..................................
253
Transport passif d’ions en solution induit par une force électrique...........................
255
Transport passif d’ions en solution, induit par une différence de concentration
et une différence de potentiel électrique...................................................................
256
Équilibre de Donnan (ou Gibbs-Donnan) ................................................................
257
Transport passif d’ions à travers les membranes cellulaires. Équation de Goldman....
258
Le transport facilité...................................................................................................
259
Le transport actif.......................................................................................................
261
V.Ondes acoustiques et ondes électromagnétiques..............................
273
V-1-Éléments de mécanique.......................................................................................
275
Travail et Puissance..................................................................................................
277
Énergie.....................................................................................................................
278
Les vibrations...........................................................................................................
279
Les vibrations périodiques non sinusoïdales............................................................
280
L’oscillateur harmonique...........................................................................................
281
Énergie mécanique du ressort non amorti...............................................................
282
Oscillations amorties et forcées. La résonance........................................................
283
V-2-Caractères généraux des ondes.........................................................................
289
Ondes progressives sinusoïdales à une dimension spatiale....................................
291
X
Livre 1.indb 10
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Table des matières
Ondes progressives sinusoïdales à deux ou trois dimensions spatiales..................
292
Énergie, puissance et intensité d’une onde..............................................................
293
Variation de l’intensité avec la distance à la source.................................................
294
Superposition d’ondes et modulation d’amplitude....................................................
295
Superposition d’ondes et ondes stationnaires..........................................................
296
Réfl xion et transmission d’ondes à une dimension spatiale...................................
297
L’effet Dopppler-Fizeau.............................................................................................
298
Diffraction des ondes................................................................................................
299
Interférences de deux ondes....................................................................................
300
V-3-Les ondes acoustiques........................................................................................
311
Ondes acoustiques...................................................................................................
313
Ondes acoustiques sinusoïdales progressives.........................................................
314
Puissance et Intensité acoustique............................................................................
315
Niveau des ondes sonores.......................................................................................
316
Atténuation des ondes acoustiques..........................................................................
317
Sons purs et sons complexes...................................................................................
318
V-4-Les ondes électromagnétiques...........................................................................
327
Paramètres des ondes électromagnétiques.............................................................
329
Longueurs d’onde et fréquences des différents rayonnements électromagnétiques....
330
Polarisation des ondes électromagnétiques.............................................................
331
Diffraction des ondes lumineuses.............................................................................
332
Le rayonnement thermique ou « rayonnement du corps noir »................................
333
Le rayonnement laser...............................................................................................
334
Loi de Beer-Lambert.................................................................................................
335
Diffusion Rayleigh de la lumière...............................................................................
336
Diffraction des rayons X............................................................................................
337
VI.Optique et vision...................................................................................................
345
VI-1-Optique géométrique..........................................................................................
347
Les lois de base de l’optique géométrique...............................................................
349
Objets et images, réels et virtuels............................................................................
351
Relation de conjugaison du dioptre sphérique.........................................................
352
Foyers et distances focales du dioptre sphérique.....................................................
353
Construction d’images d’un objet à travers un dioptre sphérique.............................
354
Les lentilles minces : marche des rayons lumineux..................................................
355
Les lentilles minces : relation de conjugaison...........................................................
356
Méthode de construction d’images : cas d’une lentille convergente.........................
357
Images obtenues avec une lentille convergente.......................................................
358
Images obtenues avec une lentille divergente..........................................................
359

XI
Livre 1.indb 11
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Table des matières
La loupe....................................................................................................................
360
Le microscope optique (ou photonique)...................................................................
361
VI-2-La vision...............................................................................................................
371
Structure optique de l’œil..........................................................................................
373
Sensibilité de l’œil à la lumière.................................................................................
374
Les voies optiques....................................................................................................
375
L’accommodation......................................................................................................
376
L’acuité visuelle.........................................................................................................
377
La myopie.................................................................................................................
378
L’hypermétropie (ou hyperopie)................................................................................
379
Positions respectives du Punctum Remotum et du Puncum Proximum...................
380
L’astigmatisme..........................................................................................................
381
Les différents astigmatismes réguliers.....................................................................
382
VII. Atomes et noyaux Rayonnements atomiques et nucleaires............
397
VII-1-Les niveaux d’énergie atomique et moléculaire..............................................
399
Structure électronique des atomes...........................................................................
401
Le moment cinétique orbital et le spin......................................................................
402
Spectre d’émission de l’atome d’hydrogène.............................................................
403
Les forces inter-atomiques.......................................................................................
404
Les niveaux d’énergie moléculaire...........................................................................
405
Les différents types de spectroscopie......................................................................
406
VII-2-Le noyau atomique et les transitions radioactives.........................................
413
Stabilité et instabilité des noyaux..............................................................................
415
Le rayonnement gamma et la conversion interne.....................................................
416
Les différents types de transitions radioactives........................................................
417
L’émission alpha.......................................................................................................
418
L’émission bêta moins (β-).........................................................................................
419
+
L’émission bêta plus (β )...........................................................................................
420
La capture électronique............................................................................................
421
Cinétique des transitions radioactives......................................................................
422
Variations respectives des populations de noyaux père et fil
Cas du noyau fils sta le............................................................................................
423
Variations respectives des populations de noyaux père et fil
Cas du noyau fils insta le.........................................................................................
424
VIII. Les interactions rayonnements matière..................................................
433
VIII-1-Les mécanismes physiques de base de l’interaction photons-matière.......
435
Absorption de photons par les atomes.....................................................................
437
Fluorescence et effet Auger......................................................................................
438
XII
Livre 1.indb 12
20/11/13 08:37
Table des matières
Les rayonnements ionisants.....................................................................................
439
L’effet photoélectrique...............................................................................................
440
La diffusion Compton................................................................................................
441
La matérialisation (ou création de paires)................................................................
443
Les paramètres de l’interaction photons-matière......................................................
444
Comparaison des effets ionisants élémentaires.......................................................
445
VIII-2-Les interactions rayonnements particulaires-matière...................................
455
Les paramètres de l’interaction................................................................................
457
Caractères généraux de l’interaction........................................................................
458
Interaction de particules chargées légères avec la matière.....................................
459
Interaction de particules chargées lourdes avec la matière.....................................
460
VIII-3-Dosimétrie des rayonnements ionisants........................................................
465
Principaux facteurs de la dosimétrie des rayonnements ionisants...........................
467
Les détecteurs de rayonnements ionisants..............................................................
468
Les détecteurs d’ionisation à gaz.............................................................................
469
Les détecteurs d’excitation.......................................................................................
470
Définitions de dosimét ie..........................................................................................
471
Paramètres énergétiques d’un faisceau de photons.................................................
472
Cas d’une source ponctuelle radioactive de photons gamma..................................
473
Dosimétrie en radioprotection...................................................................................
474
VIII-4-Effets biologiques des rayonnements ionisants............................................
481
Les différents cas possibles d’irradiation..................................................................
483
Les effets moléculaires des rayonnements ionisants...............................................
484
Les effets cellulaires des rayonnements ionisants....................................................
486
Taux de survie cellulaire en fonction de la dose absorbée.......................................
487
Les effets sur les tissus............................................................................................
488
Les effets déterministes (non stochastiques) sur l’organisme..................................
489
Les effets aléatoires (stochastiques) sur l’organisme...............................................
491
IX. L’imagerie médicale.............................................................................................
499
IX-1-Imagerie analogique et imagerie numérique....................................................
501
Caractéristiques générales.......................................................................................
503
Principe de l’imagerie numérique.............................................................................
504
L’image numérique....................................................................................................
505
IX-2-L’imagerie radiologique......................................................................................
509
Les rayons X en médecine.......................................................................................
511
Le tube radiogène de Coolidge................................................................................
512
Le spectre d’émission d’un tube à rayons X.............................................................
513
Le faisceau de photons X.........................................................................................
514

XIII
Livre 1.indb 13
20/11/13 08:37

Table des matières
Le contraste de l’image radiante..............................................................................
515
La radiologie standard analogique...........................................................................
516
Principe de la scanographie (tomodensitométrie X ou scanner X)...........................
517
Caractéristiques du scanner X.................................................................................
518
IX-3-L’imagerie ultrasonore........................................................................................
527
Principe de l’exploration échographique...................................................................
529
Les sondes ultrasonores..........................................................................................
530
Modes d’exploration échographique.........................................................................
531
Paramètres caractéristiques en échographie...........................................................
532
L’imagerie Doppler....................................................................................................
533
IX-4-L’imagerie nucléaire............................................................................................
541
Caractéristiques générales de l’imagerie scintigraphique........................................
543
La gamma-caméra...................................................................................................
544
La tomographie à émission de positons (TEP).........................................................
545
IX-5-L’imagerie par résonance magnétique (IRM)....................................................
549
Les sources macroscopiques de champ magnétique..............................................
551
Le magnétisme à l’échelle de l’atome......................................................................
552
Le magnétisme à l’échelle du noyau atomique.........................................................
553
Le magnétisme des matériaux.................................................................................
554
Action d’un champ magnétique extérieur sur les niveaux d’énergie.........................
555
La résonance magnétique nucléaire........................................................................
556
La relaxation du moment magnétique nucléaire.......................................................
557
Le signal de résonance magnétique nucléaire.........................................................
558
Le codage spatial et l’image.....................................................................................
559
Agents de contraste en IRM.....................................................................................
560
Index..................................................................................................................................
565
XIV
Livre 1.indb 14
20/11/13 08:37
Dimension, unités
et données numériques
Livre 1.indb 1
20/11/13 08:37
Livre 1.indb 2
20/11/13 08:37
Dimension, unités et données numériques

Les équations aux dimensions
Le Système International (SI) d’unités
Grandeurs fondamentales
ÂÂ Mécanique : longueur L ; masse M ; temps T
ÂÂ Électricité et magnétisme : longueur L ; masse M ; temps T ; intensité du courant
électrique I
Grandeurs dérivées
• mécanique : [G] = La Mb Tg
• électricité et magnétisme : [G] = La Mb Tg Id
Système d’unités internationales (SI)
L : mètre (m) ; masse : kilogramme (kg) ; temps : seconde (s) ; intensité : Ampère (A)
Grandeurs usuelles et unités SI
[force] = MLT–2
kg · m · s–2
–1
–2
–1
Newton (N)
–2
[pression] = ML T
kg · m · s
Pascal (Pa)
[viscosité] = ML–1T–1
kg · m–1 · s–1
Poiseuille (Pl) ou Pa · s
2
[énergie] = ML T
–2
2
2
–2
Joule (J)
2
–3
Watt (W)
2
–3
kg · m · s
–3
[puissance] = ML T
kg · m · s
A ·s
[charge électrique] = IT
2
–3 –1
[potentiel, tension] = ML T I
–3 –1
[champ électrique] = MLT I
–2 –1
[champ magnétique] = MT I
Coulomb (C)
–1
kg · m · s · A
–3
–1
kg · m · s · A
–2
–1
kg · s · A
Volt (V)
Volt/mètre (V/m)
Tesla (T)
Volt · seconde/mètre2 (V · s/m2)
3
Livre 1.indb 3
20/11/13 08:37

Dimension, unités et données numériques
Unités usuelles de masse
Système international d’unités (SI)
Masse : kilogramme (kg)
Le MeV/c2
Unité de masse déduite de la relation d’Einstein reliant la masse m d’un objet à son énergie E :
E = mc2
c : vitesse limite des lois de la relativité restreinte
c : vitesse de la lumière dans le vide
c = 3 · 108 m/s
La masse m d’une particule peut donc être exprimée en unité d’énergie divisée par c2 : en Joule/c2
dans le système international (SI) ou en MeV/c2.
Exemple : masse d’un électron : me = 0,9 · 10–30 kg = 0,511 MeV/c2
L’unité de masse atomique
En physico-chimie du noyau atomique, une autre unité de masse est employée : l’unité de
masse atomique. Elle est en général notée « u » ou « uma ».
Elle est, par définition, égale au douzième de la masse d’un atome de Carbone 12.
1 uma = 1,66 · 10–27 kg = 931,5 MeV/c2
Exemple : masse de l’électron
me = 0,54 · 10–3 uma
4
Livre 1.indb 4
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Dimension, unités et données numériques

Unités usuelles d’énergie
Système international d’unités (SI)
[énergie] = ML2T–2
Le kg · m2 · s–2 est appelé Joule
L’électronvolt
L’électronvolt (eV) est égal à l’énergie potentielle acquise par un électron soumis à une différence
de potentiel de 1 Volt :
1 eV = 1,6 · 10–19 Joule
Unités dérivées de l’électron-Volt :
1 keV = 103 eV
1 MeV = 103 keV = 106 eV
1 GeV = 103 MeV = 106 keV = 109 eV
Repérage d’un rayonnement par son nombre d’onde angulaire
En spectroscopie, on peut exprimer l’énergie en nombre d’onde angulaire (inverse de la
longueur d’onde).
n= E = 1
hc l
h = 6,62 · 10–34 J · s c = 3 · 108 m/s
Relation entre longueur d’onde et énergie dans le cas des photons
Expression de la longueur d’onde l dans le vide (exprimée en nanomètres) du rayonnement
électromagnétique, en fonction de l’énergie E (exprimée en électronvolt) du photon associé.
l=
hc
1240
→ l(nm) =
E
E(eV )
5
Livre 1.indb 5
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Dimension, unités et données numériques
Unités spéciales
Radioactivité et dosimétrie
1 Gray (Gy) = 1 J/kg unité de dosimétrie des rayonnements ionisants
1 Sievert (Sv) = 1 J/kg unité de dosimétrie en radioprotection
1 Becquerel (Bq) = 1 désintégration par seconde (s–1) : unité de radioactivité
1 rad (rd) = 10–2 J/kg = 10 mGy unité d’énergie en dosimétrie
1 rem (rem) = 10–2 J/kg = 10 mSv unité de dosimétrie en radioprotection
1 Curie (Ci) = 3,7 · 1010 désintégrations par seconde (s–1) : unité de radioactivité
1 Roentgen (R) = 2,58 · 10–4 C/kg unité de dose ionique
Physique quantique, atomique et moléculaire
1 électron-volt (eV) = 1,6 · 10–19 J
1 kiloélectron-volt (keV) = 103 eV = 1,6 · 10–16 J
1 mégaélectron-volt (MeV) =106 eV = 1,6 · 10–13 J
1 gigaélectron-volt (GeV) =109 eV = 1,6 · 10–10 J
1 unité de masse atomique (u) ou (uma) = 1,66 · 10–27 kg = 931,5 MeV/c2
1 mec2 = énergie équivalente de la masse de l’électron au repos = 0,511 · 106 eV = 8,18 · 10–14 J
1 Debye (D) = 3,336 · 10–30 C · m
Mécanique, thermique
1 bar (bar) = 105 Pa
1 atmosphère (atm) = 1,013 · 105 Pa
1 torr (Torr) = 1 mm de mercure = 133,322 Pa
1 calorie (cal) = 4,18 J
1 Hertz (Hz) = 1 s–1
1 litre (L) = 10–3 m3
1 tonne = 103 kg
6
Livre 1.indb 6
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Dimension, unités et données numériques

Données numériques
Constantes
masse de l’électron (me) = 9,1 · 10–31 kg = 0,511 MeV
masse du proton (mp) = 1 836 me
masse du neutron (mn) = 1 839 me
charge élémentaire (e) = 1,6 · 10–19 C
charge de l’électron (qe) = – 1,6 · 10–19 C
vitesse de la lumière dans le vide (c) = 3 · 108 m/s
constante de Planck (h) = 6,62 · 10–34 J · s
énergie d’ionisation d’un atome d’hydrogène dans son état fondamental = 13,6 eV
accélération de la pesanteur (g) = 9,8 m · s–2
constante fondamentale de l’électrostatique (K) = 9 · 109 N · m2 · C–2
permittivité diélectrique du vide (e0) = 8,85 · 10–12 kg–1 · m–3 · A2 · s4
perméabilité du vide (m0) = 4p · 10–7 kg · m · A–2 · s–2
constante de Faraday () = 96 500 C
masse volumique de l’eau (reau) = 103 kg · m–3
masse volumique du mercure (rHg) = 13,6 · 103 kg · m–3
nombre d’Avogadro (AV) = 6,02 · 1023
constante de Boltzmann (kB) = 1,38 · 10–23 J/K
constante des gaz parfaits (R) = 8,31 J · K–1 · mol–1 = 0,082 L · atm · K–1 · mol–1
Masses molaires usuelles (g · mol-1)
H:1
C : 12 N : 14
O : 16
Na : 23
Cl : 35,5 K : 39 P : 32
Ca : 40
eau : 18 urée : 60 glucose : 180 albumine : 70 000
Nombres usuels
p = 3,1416 ; e = 2,7183 ; √
 2 = 1,414 ; √
 3 = 1,732
log 2 = 0,30 ; log 3 = 0,48 ; log 5 = 0,69 ; log 6 = 0,78 ; log 7 = 0,85 ; log 8 = 0,90 ; log 9 = 0,95,
ln 10 = 2,30
√
3
√
3
√
2
; sin p =
; cos p = 1 ; sin p = cos p =
sin p = 1 ; cos p =
2
2
2
6 2
6
3
3 2
4
4
sin 0 = 0 ; cos 0 = 1 ; sin p = 1 ; cos p = 0
2
2
7
Livre 1.indb 7
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Dimension, unités et données numériques
Multiples et sous-multiples des unités
Multiples
des unités
Symbole
Valeur
déca
da
101
hecto
h
102
kilo
k
103
méga
M
106
giga
G
109
téra
T
1012
peta
P
1015
exa
E
1018
Sous
multiples
Symbole
Valeur
déci
d
10–1
centi
c
10–2
milli
m
10–3
micro
m
10–6
nano
n
10–9
pico
p
10–12
femto
f
10–15
atto
a
10–18
8
Livre 1.indb 8
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Dimension, unités et données numériques

Lettres grecques usuelles
Lettre grecque
Minuscule
Majuscule
alpha
a
A
bêta
b
B
gamma
g
G
delta
d
D
épsilon
e
E
dzêta
z
Z
êta
h
H
thêta
q
Q
lambda
l
L
kappa
k
K
phi
j
F
mu
m
M
nu
n
N
xi
x
X
pi
p
P
rhô
r
R
sigma
s
S
tau
t
T
chi
c
C
psi
y
Y
oméga
w
W
9
Livre 1.indb 9
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Livre 1.indb 10
20/11/13 08:37
I
La structure
de la matière
et le milieu intérieur
Plan
I-1-Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique
I-2-Les solutions aqueuses et le milieu intérieur
I-3-Éléments de physique quantique
Livre 1.indb 11
20/11/13 08:37
Livre 1.indb 12
20/11/13 08:37
I-1-Structure macroscopique de la matière
et éléments de thermodynamique
Livre 1.indb 13
20/11/13 08:37
Livre 1.indb 14
20/11/13 08:37
Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique
I
Les états de la matière
Notion de phase
Une phase est un état stable d’un échantillon homogène de matière, à une température et une
pression fixées.
Les gaz sont miscibles entre eux et un mélange de gaz ne constitue donc qu’une seule phase.
Classification des mélanges de phases : états dispersés
Les états dispersés sont par définition des états dans lesquels deux phases non miscibles sont
présentes
Aérosol : très fines gouttelettes de liquide dispersées dans un gaz
Aérosol solide : très fines particules de solides dans un gaz
Émulsion : mélange de deux liquides non miscibles
Gel : liquide dispersé au sein d’un solide
Mousse : gaz dispersé dans un liquide
Mousse solide : gaz dispersé dans un solide
Sol : solide dispersé dans un liquide
Sol solide : solide dispersé dans un autre solide
Les états fondamentaux de la matière
État solide
Solide cristallin ionique ou moléculaire : ordre de position
Solide amorphe ou vitreux : désordre d’orientation
États fluides
État liquide : état désordonné cohérent et dense, incompressible
État gazeux : état désordonné non dense, dispersion des molécules, compressible
États mésomorphes
Cristaux liquides
Membrane biologique (mosaïque fluide)
15
Livre 1.indb 15
20/11/13 08:37
I
La structure de la matière et le milieu intérieur
Les changements d’état
Le diagramme de phases pression-température (cas de l’eau)
Pression
Fusion
Liquide
Point critique
Solide
Vaporisation
Solidification
P = 1 atm
Liquéfaction
Point triple
Gaz
0 °C
100 °C
Température
L e diagramme Pression-Volume :
cas de la transformation isotherme d’un gaz.
Pression
Courbes isothermes
B
T > TC
A
T = TC
T < TC
VL
VG
Volume
Région où coexistent
les deux phases liquide et gaz
ÂÂ Un gaz réel se comporte comme un gaz parfait (loi de variation hyperbolique P = nR T/V)
pour les basses pressions et les températures supérieures à la température critique TC
ÂÂ Pour T < TC, il existe un palier de liquéfaction où la pression reste constante tant que
la transition gaz-liquide n’est pas complète.
16
Livre 1.indb 16
20/11/13 08:37
Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique
I
Les états gazeux
Équation d’état des gaz parfaits
P V =nR T
P : pression,V : volume, T : température absollue
n : nombre de moles
R =8,31 J ⋅ mol–1 ⋅ K –1 : constante des gaz parfaits
R =k NAV
k =1,38 ⋅ 10 –23 J ⋅ K –1 : constante de Boltzmann
 AV =6,02 ⋅ 10 23 : nombre d’Avogadro
Loi de Dalton
n
P=
∑p
i
i =1
P : pression totale d’un mélange de n gaz
pi =
ni RT
V
: pression partielle des ni moles du gaz i
Température et énergie cinétique
La température est une grandeur intensive (non additive) liée à l’agitation des molécules
Énergie cinétique moyenne d’une molécule d’un gaz parfait monoatomique
3
kT
2
k = 1, 38 ⋅ 10 −23 J ⋅ K −1 : constante de Boltzmann
T = t + 273 : température absolue (degrés Kelvin)
EC =
t : température exprimée en degrés Celsius
Les gaz réels
Équation de Van der Waals

2 a 
 P + n V 2  (V – nb) = n R T
a : coefficient appelé « pression interne »
b : co
oefficient appelé « covolume »
17
Livre 1.indb 17
20/11/13 08:37
I
La structure de la matière et le milieu intérieur
Les transferts d’énergie
Énergie interne
U = Nec + Nep
N : nombre de molécules du système thermodynamique
ec : valeur moyenne de l’énergie cinétique des molécules
ep : valeur moyenne de l’énergie potentielle des molécules
U ne dépend que de la température dans le cas d’un gaz parfait
Travail
ÂÂ Échange d’énergie entre un système et le milieu extérieur, sous l’action de forces
extérieures
ÂÂ Cas d’un gaz enfermé dans un cylindre fermé par un piston pouvant coulisser sans
frottement, lors d’une transformation quasistatique
travail entre un état A et un état B :
B
∫
WA → B = − Pext dV
A
Pext : pression totale extérieure
dV : varriation de volume infinitésimale
Chaleur
Énergie liée au degré d’agitation thermique des molécules du système thermodynamique
Unités :
ÂÂ unité SI : Joule (J)
ÂÂ autre unité : calorie (quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1 °C la température
d’un gramme d’eau)
Q (Joule) = 4,18 (J /cal) × Q (calories)
Le premier principe de la thermodynamique
Au cours d’une transformation thermodynamique, un système peut échanger de l’énergie avec le
milieu extérieur, sous forme de travail W et de chaleur Q, en faisant varier de DU son énergie interne
DU = W + Q
L’énergie interne d’un système isolé reste constante : DU = 0
Conventions de signe :
Q > 0 le système reçoit de la chaleur
W > 0 l’environnement fournit du travail au système
18
Livre 1.indb 18
20/11/13 08:37
Structure macroscopique de la matière et éléments de thermodynamique
I
Les principales transformations thermodynamiques
Transformations faisant passer un système d’un état thermodynamique A à un autre état B
Transformations isothermes
La température reste constante
uB − uA = 0
WA→B = R T ln
VA
VB
Q A→B = − WA→B
R = 8, 31 J ⋅ mol−1 ⋅ K −1 : constante des gaz parfaits
T : températue abs
solue
Transformations adiabatiques
Pas d’échange de chaleur avec le milieu extérieur pendant la transformation
Q A →B = 0
WA→B = UB − UA
P V g = constante → PA VAg = PB VBg
g=
cp
cV
c p : chaleur spécifique molaire à pression con
nstante
c V : chaleur spécifique molaire à volume constant
Transformations isobares
La pression reste constante pendant la transformation
WA→B = − P (VB − VA )
Q A→B = HB − HA
P = PA = PB
H : enthalpie du système
dU = dQ = c p dT
c p : chaleur spécifique molaiire à pression constante
Transformations isochores
Le volume reste constant pendant la transformation
WA→B = 0
UB − UA = Q A→B
dU = dQ = c V dT
c V : chaleur spécifique molaire à volume constant
19
Livre 1.indb 19
20/11/13 08:37
I
La structure de la matière et le milieu intérieur
Les fonctions thermodynamiques
L’enthalpie H
H = U + PV
U : énergie interne
P : pression
V : volume
L’entropie S
transformation réversible d’un système d’un état 1 à un état 2
DS = S2 − S1 =
∫
2
1
dQrév
T
unité : J ⋅ mol−1 ⋅ K −1
Le second principe de la thermodynamique
ÂÂ Toute évolution spontanée d’un système isolé va dans le sens d’une entropie croissante.
L’équilibre est atteint quand l’entropie est maximale.
ÂÂ L’enthalpie libre G (ou enthalpie de Gibbs, ou énergie libre)
G = H − TS = U + PV − TS
H : enthalpie ; T : température absolue ; S : entropie
U : énergie interne ; P : pression ; V : volume
Le potentiel chimique
Potentiel chimique : enthalpie libre molaire d’un soluté i en solution
m i = m i0 + R T ln Ci
m i0 : potentiel chimique standard
R = 8, 31 J ⋅ mol−1 ⋅ K −1 : constante des gaz parfaits
T = t (°C) + 273 : température absolue
on du soluté
Ci : concentratio
Le potentiel électrochimique
Dans le cas d’un constituant i chargé électriquement et soumis à un potentiel V, le potentiel
chimique mi, est remplacé par le potentiel électrochimique m̃i (appelé mi tilda)
m̃i = mi + zi V
zi : valence de l’ion i ; Faraday  = 96 500 C
avec mi = m0i + RT ln Ci
20
Livre 1.indb 20
20/11/13 08:37
QCM
QCM
énoncé commun aux question 1 et 2
On considère un système isolé constitué de 2 moles d’un gaz parfait qui peuvent passer
réversiblement d’un état A (PA, VA, TA = 300 K) à un état B (PB = 3PA, VB, TB) par deux
transformations distinctes.
On donne ln 3 ≈ 1,1
Question 1
La première transformation est isotherme.
Déterminer la ou les proposition(s) exacte(s) :
A. Le travail mis en jeu est de l’ordre de 300 J
B. Le travail mis en jeu est de l’ordre de 5 400 J
C. La chaleur mise en jeu est de l’ordre de – 300 J
D. La chaleur mise en jeu est de l’ordre de – 2 700 J
E. Aucune des propositions précédentes n’est exacte
Question 2
La seconde transformation comporte deux étapes : elle est d’abord isochore, puis isobare.
Déterminer la ou les proposition(s) exacte(s) :
A. Le travail mis en jeu est de l’ordre de 104 J
B. Le travail mis en jeu est de l’ordre de – 106 J
C. La chaleur mise en jeu est de l’ordre de – 105 J
D. La chaleur mise en jeu est de l’ordre de 106 J
E. Aucune des propositions précédentes n’est exacte
énoncé commun aux question 3 et 4
Une mole de gaz parfait subit une transformation qui la fait passer de l’état 1 (P1, V1) à un
état 2 (P2, V2) par deux parcours distincts.
P2
P1
B
D
C
A
V2
V1
21
Livre 1.indb 21
20/11/13 08:37
QCM
Question 3
La mole de gaz passe de l’état 1 à l’état 2 par une suite de deux transformations, le chemin
réversible suivi étant AC puis CB.
Déterminer la proposition exacte :
Le travail mis en jeu entre les états 1 et 2 est :
A. WA→C→B = 0
B. WA→C→B = P1 V1 − P1 V2
C. WA→C→B = P1 V2 − P2 V1
D. WA→C→B = P1 V1 + P1 V2
E. WA→C→B = P1 V2 + P2 V1
Question 4
La mole de gaz passe de l’état 1 à l’état 2 par une suite de deux transformations, le chemin
réversible suivi étant AD puis DB.
Déterminer la proposition exacte :
Le travail mis en jeu entre les états 1 et 2 est :
A. WA→D→B = 0
B. WA→D→B = P2 V1 − P2 V2
C. WA→D→B = P1 V1 − P2 V1
D. WA→D→B = P2 V1 + P2 V2
E. WA→D→B = P1 V1 + P2 V1
Question 5
Déterminer la (ou les) proposition(s) exacte(s) :
L’énergie interne,
A. d’un système isolé augmente avec la température
B. d’un système isolé est constante quand le volume augmente
C. d’un gaz parfait est fonction de sa pression
D. d’un gaz parfait est fonction de son volume
E. d’un gaz parfait est fonction de sa température
Question 6
On assimile l’air ambiant à un gaz parfait de masse molaire égale à 29 g/mol.
Déterminer la réponse exacte.
Si la température de l’air est de 27 °C, et si la pression de l’air est de 105 Pa, sa masse
volumique est de l’ordre de :
22
Livre 1.indb 22
20/11/13 08:37
QCM
A.1,01 kg · m–3
B. 1,05 kg · m–3
C. 1,12 kg · m–3
D. 1,16 kg · m–3
E. 1,22 kg · m–3
On donne la constante des gaz parfaits R = 8,31 J · mol–1 · K–1
Question 7
Une enceinte contient un mélange de 0,45 mole d’oxygène et de 0,55 mole d’hélium sous la
pression de 4 atmosphères.
Déterminer la proposition exacte.
La pression partielle de l’oxygène est égale à :
A. 1,8 atm
B. 2,2 atm
C. 2,5 atm
D. 2,7 atm
E. 3,4 atm
23
Livre 1.indb 23
20/11/13 08:37
Réponses
Réponses
Question 1 Réponse B
Transformation isotherme : T A= TB = 300 K
Travail mis en jeu :
B
∫
d W = − P dV → WA→B = − P dV = − nR T
A
B
∫
A
V
dV
= nR T ln A
V
VB
V
P
, ≈ 2 × 9 × 3 × 10 2 = 5 400 J
PA VA = PB VB → A = B = 3 → WA→B ≈ 2 × 8, 31× 300 × 11
VB PA
Chaleur mise en jeu :
TB = TA → UB = UA → Q = − W = − 5 400 J
L’état B est caractérisé par PB = 3 PA ; VB = VA/3 ; TB = TA
Question 2 Réponse A
Trnasformation isochore suivie d’une transformation isobare
Travail mis en jeu :
Transformation isochore : V = constante → d W = –P dV = 0 → Wisochore = 0
Transformation isobare (P = 3PA = constante) d W = –P dV → Wisobare = –P ( VB – VA )
Le volume passe de VA à VB = VA / 3
V

Wisobare = − P  A − VA  = 2 PA VA = 2 nR TA → Wisobare = 2 × 2 × 8, 31× 300 ≈ 10 4 J
 3

Chaleur mise en jeu
Tfinal = TA → UB = UA → Q = − WA→B = − 10 4 J
Question 3 Réponse B
Chemin ACB : transformation isobare suivie d’une transformation isochore
Travail mis en jeu :
WA→C→B = WA→C + WC→B
WA→C = − P1 (V2 − V1)
WC→B = 0 (transformation isochore)
WA→C→B = − P1 V2 + P1 V1
Question 4 Réponse B
Chemin ADB : transformation isochore suivie d’une transformation isobare
24
Livre 1.indb 24
20/11/13 08:37
Réponses
Travail mis en jeu :
WA→ D →B = WA → D + WD →B
WA → D = 0
transformation isochore
WD → B = − P2 ( V2 − V1 )
transformation isobare
WA → D →B = − P2 V2 + P2 V1
Question 5 Réponse E
Premier principe de la thermodynamique : l’énergie interne d’un système isolé est constante :
propositions A et B inexactes
L’énergie interne d’un gaz parfait ne dépend que de sa température : proposition E exacte et
propositions C et D inexactes.
Question 6 Réponse D
P V =n R T pour une masse m de gaz
n=
m
m
PM
et r = → PM =R
r T →r=
M
V
RT
n=
10 5 × 29 ⋅ 10 –3
=1,16 kg ⋅ m –3
8,31 × 300
Question 7 Réponse A
pO2 : pression partielle de l’oxygène
pHe : pression partielle de l’hélium
pO2 V =nO2 RT et pHe V =nHe RT
P =pO2 + pHe =
4 atm
( O2 + nHe )R T =(0,45+ 0,55)R T =R T
addition terme à terme → P V =n
pO2 =
nO2 P =0,45 × 4 =1,8 atm
25
Livre 1.indb 25
20/11/13 08:37
Livre 1.indb 26
20/11/13 08:37
1-2-Les solutions aqueuses
et le milieu intérieur
Livre 1.indb 27
20/11/13 08:37
Livre 1.indb 28
20/11/13 08:37
Les solutions aqueuses et le milieu intérieur
I
Caractéristiques physico-chimiques de l’eau
Masse volumique
eau liquide (4 °C) : r =10 3 kg ⋅ m –3
glace : r =0,91⋅ 10 3 kg ⋅ m –3
volume occupé par une mole d’eau : v e = 18 cm3
Moment dipolaire
p =1,84 D (Debye)
1 Debye = 3,336 ⋅ 10 – 30C ⋅ m
Dissociation ionique de l’eau
H2O → H+ + OH–
constante de dissociation (produit ionique) KH2O =
10 –14 (à 25 °C)
le proton H+ est en réalité solvaté par une molécule d’eau : H3O +
[H2O] = 55,56 mol/L
La dissociation de l’eau est fonction de la températture :
à 25 °C → KH2O =10 – 14 mol2 ⋅ L–2 ⇒ pH =7
à 37 °C → KH2O =
2,5 ⋅ 10 – 14 mol2 ⋅ L–2 ⇒ pH =6,8
à 37 °C
solution acide : pH < 6,8
solution basique : pH > 6,8
Capacité calorifique
c =75 J ⋅ mol– 1 ⋅ K – 1 =
18 cal ⋅ mol– 1 ⋅ K – 1
g– 1 =
1 cal ⋅ K – 1 ⋅ g– 1
c =4,18 J ⋅K – 1 ⋅g
Permittivité diélectrique
e = e 0 er
er =80 : permittivité relative de l’eau
e 0 : permittivité du vide
29
Livre 1.indb 29
20/11/13 08:37
I
La structure de la matière et le milieu intérieur
Solvatation et hydratation
ÂÂ Solvatation : Chaque ion en solution s’entoure d’un certain nombre de molécules de
solvant
ÂÂ Hydratation : solvatation quand le solvant est l’eau
Exemples d’hydratation : 4 molécules d’eau pour K+, 8 molécules d’eau pour Na+
Dissolution des gaz dans une solution aqueuse
Loi de Henry
dissous
Cgaz
=
KH × pgaz
dissous
Cgaz
: concentration du gaz dissous dans l’eau
KH : constante de Henry (fonction de la température et de la natu
ure du gaz)
pgaz : pression partielle du gaz au-dessus de la solution
30
Livre 1.indb 30
20/11/13 08:37
Les solutions aqueuses et le milieu intérieur
I
Solutions et solutés en phase liquide
Définitions
ÂÂ Solution : mélange homogène en phase liquide de molécules et d’ions
ÂÂ Solvant : composant majoritaire
exemples : eau, plasma sanguin…
ÂÂ Solutés : dissous en proportions faibles
exemples : oxygène, sucre, urée, électrolytes…
Les différents types de solutions
ÂÂ solution cristalloïde : solutés de petite taille (ions ou molécules neutres de quelques
dizaines d’atomes)
ÂÂ solution macromoléculaire : solutés de masse moléculaire élevée (plus de 103 g · mol–1)
ÂÂ suspension : solution non homogène contenant des « agrégats moléculaires » de masse
faible au niveau microscopique mais ne sédimentant pas
ÂÂ états colloïdaux : états intermédiaires entre la solution macromoléculaire et la suspension
ÂÂ solution idéale : les forces entre molécules de solvant ne sont pratiquement pas
modifiées par la présence de molécules de soluté. C’est le cas généralement des
solutions ayant de très faibles concentrations de soluté.
31
Livre 1.indb 31
20/11/13 08:37
I
La structure de la matière et le milieu intérieur
Modes d’expression des concentrations des solutions
ÂÂ Chaque molécule ou ion de soluté constitue une « unité cinétique »
ÂÂ Une « osmole » (osm) représente un nombre d’unités cinétiques égal au nombre
d’Avogadro AV
1 osm = AV unités cinétiques ; AV = 6,02 · 1023
ÂÂ Nombre d’osmoles de solutés présentes dans la solution après dissociation
nosm =
C [1+ a (n – 1)]
C : concentration molaire du soluté
n : nombre d’entités libérées lors de la dissociiation
a : coefficient de dissociation
ÂÂ En biologie et médecine : solvant = eau
1 kg d’eau contient (1 000/18) moles d’eau, soit 55,556 moles d’eau, et occupe
approximativement un volume de 1 litre d’eau. La concentration molale est parfois
exprimée en mol/litre d’eau alors qu’on devrait l’exprimer en mol/kg d’eau.
Mesure
Unité SI
kg · m–3
Concentration pondérale
Masse de soluté
par unité de volume
de la solution
Fraction massique
Rapport de la masse
en %
de soluté par unité
de masse de la solution
(titre)
Concentration molaire
(molarité)
Concentration molale
(molalité)
Concentration osmolaire
(osmolarité)
Concentration osmolale
(osmolalité)
Concentration équivalente
Sous-unités
usuelles
g · L–1, ng · mL–1
Nombre de moles
de soluté par unité
de volume de solution
mol · m–3
mmol · L–1
Nombre de moles
de soluté par unité
de masse de solvant
mol · kg–1
mmol · L–1 d’eau
Nombre d’osmoles
par unité de volume
de solution
osm · m–3
mOsm · L–1
Nombre d’osmoles
par unité de masse
de solvant
osm · kg–1
mOsm · L–1 d’eau
Nombre de moles de
charges élémentaires,
positives ou négatives,
par unité de volume de
la solution
Eq · m–3
mEq · L–1
32
Livre 1.indb 32
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Les solutions aqueuses et le milieu intérieur
I
Cryoscopie et ébulliométrie des solutions aqueuses
Cryoscopie
ÂÂ Abaissement de la température de congélation d’une solution aqueuse par rapport à
celle de l’eau pure
Loi de Raoult
Dq =Kw
(solution idéale très diluée)
Dq : delta cryoscopique = abaissement de la tempéra
ature
K =–1,86 K ⋅ osm – 1 : constante cryoscopique de l’eau
w : osmolalité de la solution
ÂÂ Cas du plasma sanguin normal (solution non idéale) :
Dq = – 0,54 °C
Ébulliométrie
Élévation DTébull du point d’ébullition d’une solution aqueuse par rapport à celle de l’eau pure
DTébul =
K ébull × w
(solution idéale très diluée)
K ébull =
0,51K ⋅ osm – 1 : constante d’ébulliométrie de l’eau
w : osmolalité de la solution
33
Livre 1.indb 33
20/11/13 08:37
I
La structure de la matière et le milieu intérieur
Acidité des solutions ioniques
Définition du pH d’une solution
pH =– log10 [H+ ]mol / L
[O – ] =10 – 7 mol/L ⇒ pH =7
neutralité acidobasique (à 25 °C) : [H+ ] =H
solution acide pH < 7 ; solution basique pH > 7
L’eau pure
ÂÂ Réaction d’autoprotolyse : l’eau pure contient des ions oxonium H3O+
H2O + H2O = HO–(aq) + H3O+(aq)
à 25 °C, [HO–]éq = [H3O+]éq = 10–7 mol · L–1
ÂÂ La constante d’équilibre de la réaction (produit ionique de l’eau) est indépendante de la
présence d’autres substances dissoutes, mais dépend de la température
à 25 °C, Ke = [HO–]éq × [H3O+]éq = 10–14
Dissolution des acides
AH + H2O → H3O+ + A–
[A–] [H3O+]
KA =
[AH]
KA : constante de dissociation de l’acide AH
KA : constante d’acidité du couple acide-base AH/A–
pKA = – log10KA
Acide fort
Dissociation totale
pH d’un acide fort : pH = − log10 Cmol /L
condition d’application : solutions diluées C < 10–2 mol · L–1
Acide faible
Dissociation partielle d’un acide faible AH : A– base conjuguée de l’acide AH
pH d’un acide faible : pH =
1
(pK A – log10Cmol/L )
2
Conditions d’application : – solutions diluées C < 10–2 mol · L–1
– acide peu dissocié a < 10–1
34
Livre 1.indb 34
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Les solutions aqueuses et le milieu intérieur
I
Basicité des solutions ioniques
Dissolution des bases
B + H2O BH+ + OH–
[BH+ ] [OH– ]
KB =
[B]
KB : constante de basicité du couple acide-base BH+ /B
pKB =– log10KB
pH d’une base forte : pH =14 + log10Cmol/L
condition d’application : solutions diluées C < 10–2 mol/L
pH d’une base faible : pH =7 +
1
1
pK A + log10Cmol/L
2
2
conditions d’application : – solutions diluées C < 10–2 mol/L
– base peu dissociée a < 10–1
Systèmes tampons
Système tampon : mélange en solution d’un acide faible AH et de sa base conjuguée, dans des
proportions du même ordre de grandeur (dans un rapport de 0,1 à 10).
La variation de pH, induite par l’apport d’une solution de base ou d’acide, est beaucoup plus
faible dans le système tampon que dans l’eau pure.
[A – ] [H+ ]
KA =
[AH]
pH =pK A + log10
cA–
c AH
Le pouvoir tampon est maximum à la demi-équivalence, quand [A–] = [AH]. On a alors pH = pKA
35
Livre 1.indb 35
20/11/13 08:37
I
La structure de la matière et le milieu intérieur
Les compartiments liquidiens de l’organisme
Eau totale
• environ 60 % de la masse corporelle
• pourcentage inférieur chez la femme
• pourcentage inférieur chez la personne âgée
• pourcentage supérieur chez le nourrisson
Liquide intracellulaire (LIC)
ÂÂ environ 2/3 de l’eau totale chez un adulte, 40 % de la masse corporelle
ÂÂ fortes variations de la composition suivant le type de cellules
ÂÂ osmolarité : de l’ordre de 300 mOsm/L
ÂÂ principal cation : K+
ÂÂ autres cations : Na+, Mg++, Ca++
ÂÂ principaux anions : protéines et phosphates organiques
ÂÂ autres anions : Cl–, HCO3–
Liquide extracellulaire (LEC)
ÂÂ environ 1/3 de l’eu totale, séparés par les parois des capillaires sanguins :
• secteur plasmatique : 7 % de l’eau totale (4 % de la masse corporelle)
• secteur interstitiel : 28 % de l’eau totale (16 % de la masse corporelle)
ÂÂ osmolarité : environ 300 mOsm/L
ÂÂ principal cation des compartiments plasmatique et interstitiel : le sodium Na+ (92 % des
cations du LEC)
ÂÂ autres cations : K+, Ca++, Mg++
ÂÂ principaux anions : Cl–, HCO3–
Liquides transcellulaires
• environ 2 % de l’eau totale
• liquide céphalo-rachidien
• liquides des cavités séreuses
Définitions
ÂÂ Natrémie : concentration molaire de sodium par litre de plasma (valeur normale dans
l’organisme : environ 142 mmol/L)
ÂÂ Protéinémie (ou protidémie) : concentration de protéines dans le plasma (normale
70 g/L environ)
ÂÂ Hématocrite : rapport du volume occupé par les globules rouges sur le volume total du
sang (valeur normale : environ 45 %)
ÂÂ Volémie : volume sanguin global
36
Livre 1.indb 36
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Les solutions aqueuses et le milieu intérieur
I
Méthode d’étude des compartiments hydriques :
dilution d’un traceur
Dilution d’un traceur : Méthode d’étude des compartiments hydriques la plus utilisée
Définition d’un traceur
Substance non métabolisée, facilement détectable et mesurable, diffusant en principe uniquement
dans le compartiment étudié.
Principe de la mesure du volume d’un compartiment liquidien
ÂÂ introduction d’une quantité connue (n moles) d’un traceur dans l’organisme
ÂÂ prélèvement d’un échantillon après que l’équilibre de diffusion du traceur soit atteint.
ÂÂ mesure de la concentration C du traceur dans l’échantillon prélevé
ÂÂ calcul du volume V du compartiment :
V=
n
C
Si le traceur est une substance endogène (existant dans l’organisme), il est nécessaire de
marquer radio-activement le traceur introduit dans l’organisme pour la distinguer de la substance
déjà présente dans l’organisme
Exemples de traceurs
ÂÂ pour la mesure du volume extracellulaire : mannitol, sulfate radioactif
ÂÂ pour la mesure du volume plasmatique : albumine radio-active
ÂÂ pour la mesure de l’eau totale de l’organisme : urée radio-active, eau radioactive,
antipyrine
37
Livre 1.indb 37
20/11/13 08:37
I
La structure de la matière et le milieu intérieur
Physiopathologie de l’équilibre hydrosodé
Perte isotonique en eau et en ions sodium
Perte de solution hypotonique
Les additions ou pertes d’eau ou de substances osmotiquement actives, essentiellement les
ions sodium, affectent en premier lieu le milieu extracellulaire (EC)
Situation pathologique 1 : perte isotonique en eau et en ions sodium
Perte simultanée et proportionnelle d’eau et d’ions sodium
ÂÂ origine : brûlures étendues, vomissements aigus, certaines insuffisances rénales
ÂÂ conséquences : déshydratation extracellulaire isolée
• milieu EC : déshydratation avec pression osmotique inchangée
• pas de transport d’eau entre milieu intracellulaire (IC) et milieu EC
• pas de modification du milieu IC
ÂÂ signes biologiques :
• natrémie normale car perte simultanée d’eau et d’ions sodium
• hématocrite augmenté car perte d’eau (volume sanguin diminué) sans modification
du nombre de globules rouges dans le lit vasculaire
• protéinémie augmentée (hyperprotéinémie) car perte d’eau (volume plasmatique
diminué) sans modification des protéines dans le lit vasculaire
ÂÂ signes cliniques : perte de poids rapide, persistance du pli cutané (perte d’élasticité de
la peau), hypotension artérielle
Situation pathologique 2 : perte de solution hypo-tonique
Perte d’eau avec perte moindre d’ions sodium
ÂÂ origine : diarrhée aigüe du nourrisson, sudation exagérée chez le nourrisson, insuffisance
d’apport d’eau, certaines atteintes rénales
ÂÂ conséquences : déshydratation globale (associant déshydratation EC et déshydratation
IC)
• milieu EC : déshydratation avec augmentation de la pression osmotique
• transport d’eau du milieu IC vers le milieu EC, visant à rétablir l’équilibre isotonique
entre les deux compartiments
• milieu IC : apparition d’une déshydratation
ÂÂ signes biologiques :
• hématocrite augmenté (liée à la déshydratation EC)
• protéinémie augmentée (liée à la déshydratation EC)
38
Livre 1.indb 38
20/11/13 08:37
Les solutions aqueuses et le milieu intérieur
I
• natrémie augmentée ; la déshydratation IC correspond à une augmentation de la
pression osmotique IC. Du fait de l’équilibre osmotique entre les deux compartiments,
le compartiment EC est également hypertonique, et les ions Na+ représentant environ
90 % des cations extracellulaires, la natrémie est augmentée
Remarque : bien que l’ion sodium soit essentiellement extracellulaire, la natrémie donne
des informations concernant le milieu intracellulaire : une hypernatrémie témoigne d’une
déshydratation intracellulaire, une hyponatrémie d’une hyperhydratation intracellulaire
ÂÂ signes cliniques : persistance du pli cutané, hypotension artérielle, soif, sécheresse
des muqueuses (notamment au niveau de la face interne des joues)
39
Livre 1.indb 39
20/11/13 08:37
I
La structure de la matière et le milieu intérieur
Physiopathologie de l’équilibre hydrosodé
Apport isotonique en eau et en ions sodium
Apport de solution hypo-tonique
Situation pathologique 3 : apport isotonique en eau et en ions sodium
Il s’agit d’un apport simultané et proportionnel d’eau et d’ions sodium
ÂÂ origine : perfusion de soluté salé isotonique
ÂÂ conséquences : il s’agit d’une hyperhydratation extracellulaire isolée
• milieu extracellulaire : hyperhydratation avec pression osmotique inchangée
• pas de transport d’eau entre milieu intracellulaire et milieu extracellulaire
• pas de modification du milieu intracellulaire
ÂÂ signes biologiques :
• natrémie normale car apport simultané d’eau et d’ions sodium
• hématocrite diminué
• protéinémie diminuée (hypoprotéinémie)
ÂÂ signes cliniques
• prise de poids rapide
• œdèmes (augmentation du volume liquidien interstitiel)
• augmentation de la pression artérielle pouvant aller jusqu’à une hypertension artérielle
Situation pathologique 4 : apport de solution hypotonique
Il s’agit d’un apport d’eau avec apport moindre d’ions sodium
ÂÂ origine : perfusion d’une solution hypotonique
ÂÂ conséquences :
• milieu extracellulaire : hyperhydratation avec diminution de la pression osmotique
• transport d’eau du milieu extracellulaire vers le milieu intracellulaire, visant à rétablir
l’équilibre isotonique entre les deux compartiments
• milieu intracellulaire : apparition d’une hyperhydratation
• il s’agit d’une hyperhydratation globale (associant hyperhydratation extracellulaire et
hyperhydratation intracellulaire)
ÂÂ signes biologiques :
• hématocrite diminué (lié à l’hyperhydratation extracellulaire)
• protéinémie diminuée (liée à l’hyperhydratation extracellulaire)
• natrémie diminuée (liée à l’hyperhydratation intracellulaire)
40
Livre 1.indb 40
20/11/13 08:37
Index
Livre 1.indb 565
20/11/13 08:40
Index
A
absorbance et transmittance 335
absorption 437
de photons 437
accélérateur linéaire 445
accommodation 376
acide 34
faible 34
fort 34
activation 123
activité A 422
acuité visuelle 377
adhérence 175
ADN 484
aérosol 15
agents de contraste en IRM 560
aimant 551, 559
aimantation
longitudinale 556
transversale 556
alvéoles 197
amétropie sphérique 378, 379
amplificateur de luminance 47
amplification 33
amplitude
d’accommodation A 376
de l’onde 291
angles de contact 163
anions 98
antenne 559
antineutrino 419
antiparticules 59
antiquark 59
aorte 190
apoptose 486
apport
hypertonique 42
hypotonique 42
isotonique 42
artéfact 518, 531, 559
artère
élastique 193, 194, 195
mixte 193
musculo-élastique 194, 196
artériole
afférente 242
efférente 242
arythmie 133
astigmatisme 381
conforme à la règle 382
hypermétropique composé 382
hypermétropique simple 382
irrégulier 381
mixte 382
myoptique composé 382
myoptique simple 382
non conforme à la règle 382
régulier 381
atmosphère 143
atome 401
d’hydrogène 403
ATP 261
atténuation 317
autoprotolyse 34
axe
de Bailey 131
électrique du cœur 132
axone 117
B
bandelette optique 375
bande passante 530
bar 143
barrette 517
baryons 59
base 35
bâtonnets 374
566
Livre 1.indb 566
20/11/13 08:40
Index
Becquerel 422
Bel 316
bobines de gradients 559
bosons 58, 59
bottom 59
bouton synaptique 117
bradycardie 133
Bremsstrahlung 513
Brewster 331
brillance 504, 516
C
capacité 78
calorifique 2
vitale 197
capillaire 193
péritubulaire 242
capillarité 163
capsule de Bowman 242
capture électronique 421
capture K 421
cations 98
célérité 291, 349
cellules
excitables 113
musculaires 113
nerveuses 113
centre optique 355
césium 137 445
chaîne tympano-ossiculaire 313
chaleur 18
chambre
d’ionisation 469
urinaire 242
champ magnétique 97, 551
champ visuel 375
changement d’état 16
charge
électrique 73
du fluide 14
charm 59
chiasma 375
chronaxie 115
circulation
lymphatique 239
pulmonaire 190
sanguine 190
systémique 190
clairance 243
cobalt 60 445
coefficien
d’absorption 317
d’atténuation 317, 440
Compton 442
de dissociation 32
de filt ation 237
de friction moléculaire 219, 255
de matérialisation 443
de la membrane 236
de perméabilité diffusive 235
de réfl xion 234, 297
de transmission 297
global 444
linéaire
linéaire d’absorption 335
massique
photoélectrique 440
cœur 191, 192
compartiment
hydrique 37
liquidien 37
complexe
qRs 125
ventriculaire 133
567
Livre 1.indb 567
20/11/13 08:40
Index
compliance 190
compteur
Geiger-Muller 469
proportionnel 469
concentration 32
équivalente 32
molaire (molarité) 32
molale (molalité) 32
osmolaire (osmolarité) 32
osmolale (osmolalité) 32
pondérale 32
condensateur 78
condition
de Bragg 337
de Gauss 351
conductance 114
conductivité électrique 99
cônes 374
constante
radioactive 422
de Rydberg 403
spécifique du débit de dose 47
de temps 103
construction
géométrique d’une image 354
d’image 357
contraction isovolumétrique 192
contrainte de cisaillement 175
contraste 505, 515
convection 219, 225
convergence 352, 356
conversion interne 416
coronaropathie 133
couche
de demi-atténuation CDA 444
lipidique 233
courant électrique 99
courants transitoires 103
création de paires 443
cristal piézo-électrique 530
cryoscopie 33
Curie 422
curiethérapie 439, 483
cut-off 234
cycle cardiaque 124, 191
D
débit
cardiaque 191
convectif 222
de dose 471, 473
diffusif 222
électrique à travers une surface 222
de matière 221
en moles de particules 221
molaire
(ou flux) molaire diffusif 22
du solvant 221
volumique 176
Debye 80
décibel 316
degré
d’amétropie 378, 379
d’astigmatisme 381
demi-vie 422
densité
convectif 222
de courant 99
de débit 221
diffusif 222
électrique 222
linéique d’ionisation (DLI) 457
molaire
des noyaux d’hydrogène 558
optique (DO) 516
volumique
volumique d’énergie 79
déplacement particulaire 314
568
Livre 1.indb 568
20/11/13 08:40
Index
dépolarisation membranaire 116
dérivation 125, 127
augmentées 128
D1 129
D2 et D3 129
dipolaires frontales 129
frontales 128
précordiales 130
unipolaires 128
détecteur 468, 470
d’ionisation à gaz 469
liquide 470
à scintillation
solide 470
diamagnétisme 554
diastole 191
différence
de marche 300
de phases 279
diffraction 299, 332
d’électrons 299
de neutrons 299
des rayons X 299, 337
diffusion 219
Compton 441
de masse 220
Raman 406
Rayleigh 336, 406
dimensions 3
dinitrophénol 261
dioptre 351
sphérique 352
dipôle
électrostatique 80
magnétique 551
dissociation ionique 29
distances focales 353
Doppler
continu 533
tissulaire 533
dose 474
absorbée 471, 473
efficace 47
engagée 474
équivalente 474
létale 50 487
létale moyenne 487
dosimétrie 467
double effet Doppler 298, 533
double transformée de Fourier 559
down 59
dualité onde-particule 60
durée de vie 422
dynamique (en dB) 532
E
eau 29
totale 36
ébulliométrie 33
écho 529
de spin 558
écho-Doppler
à codage couleur 533
pulsé 533
échographie 532
mode A 531
mode B 531
éclairement énergétique 472
écrans renforçateurs 516
effet
Auger 438
cancérogène 491
déterministe 489
Donnan 239, 257
Dopppler-Fizeau 298
héréditaire 491
photoélectrique 440
Purkinje 374
stochastique 491
569
Livre 1.indb 569
20/11/13 08:40
Index
efficacité biologique relati e (EBR) 474
Einthoven 126, 127
éjection systolique 192
élastance 165, 194
électrocardiogramme 125
électrolytes 99
électron
Auger 416, 421, 440, 459, 460
Compton 441
électronthérapie 439
électronvolt 5
électrophysiologie 121
éléments figurés 18
émission 437
alpha 418
bêta moins 419
bêta plus 420
stimulée 334
emphysème 197
émulsion 15
endothélium 193
énergie 18
cinétique 17, 278, 282
électrostatique 75
interne 18
de liaison 415
libre 20
mécanique 278
potentielle 75, 76, 80, 278, 282
enthalpie 20
de Gibbs 20
libre 20
entropie 20
équation
de continuité 146, 221
d’Euler 313
de Nernst-Planck 256
équilibre
de Donnan (ou Gibbs-Donnan) 257
hydrosodé 38, 40
de régime 424
séculaire 424
de Starling 239
équipotentielles 77
érythrocytes 189
expiration 197
exploration échographique 529, 531
F
facteur de Landé 552
Faraday 20
fermions 59
feuillet élémentaire 122
fibre 19
cardiaque 125
de collagène 193
d’élastine 193
musculaires 193
myélinisée 117
nerveuse 111
optique 350
filt ation 219, 237
glomérulaire 243
Fletcher-Munson 316
fluence énergétique 47
fluide 14
Newtonien 175
parfait 146
réel 175
fluorescence 416, 421, 438, 440, 459,
460
flu
diffusif transmembranaire 235
électrodiffusif 256
d’énergie 472
d’entraînement 225
molaire diffusif 225
de solvant 236, 237
transmembranaire
570
Livre 1.indb 570
20/11/13 08:40
Index
force
de Coulomb 57
de Debye 404
électrostatique 73
faible 58
forte 57
de freinage 175
de frottement 219
inter-atomiques 404
de Keesom 404
de Laplace 97
de London 404
de Newton 57
nucléaire
foyer 353
image 353
objet 353
principal 353
fraction massique (titre) 32
free induction decay 559
fréquence 279, 329
de Larmor 555
propre 281
du rythme cardiaque 133
G
gadolinium 560
gain 530
gamma-caméra 544
gaz 143
parfait 17, 143
réel 17
globule blanc 189
globule rouge 189, 241
gluons 59
Goldman 258
Goldman-Hodgkin-Katz 258
gradient
de champ 559
de pression hydrostatique 225
grandissement transversal 354
gravitation 57
graviton 57
Gray 471
grossissement commercial de la loupe
360
H
harmoniques 279
hauteur d’un son 313
Heisenberg 61
hématies 189
hématocrite 36, 189
Higgs 59
hydratation 30
hydrostatique 143
hypermétropie 379
hyperopie 379
hyperprotéinémie 38
hyperson 313
hypertrophie ventriculaire 132
I
image 351, 358, 359
numérique 505
radiante 515
réelle 351
virtuelle 351
imagerie
analogique 503
Doppler 533
par émission 503
médicale 445
numérique 504
571
Livre 1.indb 571
20/11/13 08:40
Index
par réfl xion 503
scintigraphique 483, 503, 543
tomographique 503
par transmission 503
impédance 293
acoustique 293
influ
myocardique 124
nerveux 115, 117
infra-rouge (IR) 330
infrason 313
inspiration 197
intensité
acoustique 315
du courant 99
d’une onde 293
du rayonnement 472
interaction
faible 58
forte 57
interférence 300
ionisation(s) 459, 460
en cascade 458
irradiation
externe 467, 483
interne 467, 483
partielle aigüe 489
totale aigüe 489
K
Kelvin 17
Kerma 471
L
laser 334
latitude de mise au point 361
lentille 356
convergente 358
correctrice 378, 379
divergente 359
mince 355
mince convergente 355
mince divergente 355
sphérique 381
leptons 59
lésion du muscle cardiaque 133
leucocytes 189
levier hydraulique 144
libre parcours moyen 444
ligne
de champ 77
de courant 146
liquide 143
extracellulaire 36
intracellulaire 36
transcellulaire 36
loi
de Beer-Lambert 335, 514
de Bloch 557
de Bragg et Pierce 440
de conservation 282
de Coulomb 73
de Dalton 17
de Henry 30
de Hooke 165
de Jurin 163
de Kirchhoff 101
de Laplace 164
des mailles 101
des nœuds 101
d’Ohm 99
de Poiseuille 177
de Raoult 33
de Snell-Descartes 349
de Stefan 333
de Wien 333
572
Livre 1.indb 572
20/11/13 08:40
Index
longueur d’onde 5, 291, 329
loupe 360
lumière visible 330, 374
M
magnétisme 552, 554
magnéton de Bohr 552
mammographie 512
marqueur 543
masse molaire 7
masse volumique 29
matérialisation 443
média 193
membrane 234
basilaire 313
biologique 233
biologiques 235
dialysante 234
glomérulaire 242
idéale 234
idéale semi-perméable 234
partiellement perméables 235
perméable 234
mésomorphe 15
mésons 59
MeV/c2 4
micro-ondes 330
microscope optique 361
migration 219
milieu
extracellulaire 122
ferromagnétique 554
intracellulaire 122
mobilité
électrique 98, 225, 255
mécanique 225
modèle
cellulaire 487
en couches du noyau 416
d’Einthoven 126
modulation d’amplitude 295
module d’Young 165
molécule diatomique 405
moment
cinétique 62
dipolaire 29, 80
intrinsèque 402, 552
magnétique
nucléaire 553
orbital 62, 402, 552
mort cellulaire 489
mousse 15
muon 59
muscle cardiaque 124
myopie 378
N
natrémie 36
nerf
cochléaire 313
optique 375
neurone 115
neutrino 59, 420
niveau
d’énergie 401, 403
moléculaire 405
sonore 316
niveaux de gris 516
nœuds de vibration 296
nombre
angulaire 5, 329
de masse 415
d’onde 329
quantique magnétique orbital 402
de Reynolds 180
noyau 415
fils 42
fils insta le 424
573
Livre 1.indb 573
20/11/13 08:40
Index
fils sta le 423
père 423
radioactifs 415
numéro atomique 415
O
objectif 361
objet 351
réel 351
virtuel 351
octave 313
oculaire 361
œdème 240
œil 373
emmétrope 373
réduit de Listing 373
onde 291
acoustique 313
électromagnétique 329
de gravité 299
longitudinale 292
P 125
progressive sinusoïdale 291
réfléchie 29
sonore 313
stationnaire 296
T 125
transmise 297
transversale 292
opposition de phase 279
oreillette 125, 126, 190
oscillateur
harmonique 279, 281
amorti 283
oscillation forcée 283
osmolalité 236
osmolarité efficace 24
osmole 32
osmose 236
ouabaïne 261
oxygen enhancement ratio 484
P
paradoxe hydrostatique 144
paramagnétisme 554
parois artérielles 193
particule
alpha 460
de fluide 14
messagère 57
partiels 318
Pascal 143
période 279, 329, 422
propre 281
spatiale 291
temporelle 291
perméabilité
hydraulique 236, 238
membranaire 116
permittivité 73
diélectrique 29
du vide 73
perte
de charge par unité de longueur 177
hypertonique 42
hypotonique 42
isotonique 38, 42
pH d’une solution 34
phospholipides 233
photomultiplicateur 470
photon 57, 60
physiopathologie 38, 40
physique quantique 55
pions 57
pitch 518
Planck 60
plan de coupe 517
574
Livre 1.indb 574
20/11/13 08:40
Index
plasma 33, 189
pointe de potentiel 115
Poiseuille 219
polarisation 331
circulaire 331
elliptique 331
d’une membrane 113
rectiligne 331
polaroïds 331
pompe
électrogène 261
Na+-K+ 261
porosité de la membrane 234
portée des forces 57
porteurs de charge 98
positions de Gauss 82
positon 443, 459
post-potentiels 115
potentiel 76, 122
d’action 115, 117, 125
chimique 20, 220
électrochimique 20
électrostatique 76
d’équilibre 114
membranaire 113
de Nernst 114
de repos 113
précession de Larmor 555
première loi de Fick 223
premier principe de la thermodynamique
18
pré-potentiel 115
presbytie 376
pression
acoustique 313, 314
artérielle 145
diastolique 145
hydrostatique 143
oncotique 239
osmotique 236
systolique 145
transmurale 195
principe de Fermat 349
produit
de contraste 515
ionique 29
de l’eau 34
profondeur
de champ 532
d’exploration 531
protéinémie 36
protéines membranaires 233
protonthérapie 439
proximité 376
puissance 277, 293, 352, 356
acoustique 315
du dioptre sphérique 352
instantanée 315
intrinsèque 360
de la loupe 360
du microscope 361
pulsation 279, 329
propre 281
punctum proximum PP 376
punctum remotum PR 376
Purkinje 125
Q
quadrature de phase 279
quarks 59
R
rad 471
radicaux libres 484
radioactivité
bêta moins 419
bêta plus 420
575
Livre 1.indb 575
20/11/13 08:40
Index
radiodiagnostic 483
radioélément 415
radiofréquence 330
radiographie
des os 512
du thorax 512
radiologie standard 516
radiolyse de l’eau 484
radionucléide 415
radio-pharmaceutique 543
radiosensibilité 486, 488
d’un tissu 488
radiothérapie 445, 467, 483
radiotraceur 543
rapport
de Donnan 257
gyromagnétique 552
signal sur bruit 504
rayon
cosmique 330
dur 513, 514
gamma 330
intermédiaire 513, 514
mou 513, 514
X 511
rayonnement
du corps noir 333
gamma 416
ionisant 439, 467
thermique 333
réfl xion 349
réfraction 350
régime
laminaire 180
turbulent 180
relation
de conjugaison 352, 356
de De Broglie 60
d’Einstein 223
de Heisenberg 61
de Planck-Einstein 60
relaxation
de l’aimantation 557
isovolumétrique 192
spin-réseau 557
spin-spin 557
rendement 512
réparations
de l’ADN 486
fautives 485
fidèles 48
réseau
artériel 190
capillaire 190
veineux 190
résistance
hydraulique 178, 179
ohmique 100
résistivité 98
résolution
axiale 532
en intensité 504
latérale 532
spatiale 504
résonance 283
magnétique nucléaire 556
respiration 197
rétine 374
rétroprojection 517
rhéobase 115
rhéofluidification 1
S
sang 189
scanner
spiralé 518
576
Livre 1.indb 576
20/11/13 08:40
Index
X 439, 517, 518
scintigraphie 439
seconde loi de Fick 224
second principe de la thermodynamique
20
série
de Balmer 403
de Lyman 403
Sievert 474
sol 15
solénoïde circulaire 551
soluté 31
solution 31
cristalloïde 31
hypo-tonique 38
idéale 31
macromoléculaire 31
solvant 31
solvatation 30
solvent drag 225
soma 117
son
complexe 318
pur 318
sondes ultrasonores 530
spectre 280
d’émission 403
spectroscopie d’absorption 335
sphygmomanomètre 145
spin 62, 402
stigmatisme 351
stimulus 115
strange 59
substances ferromagnétiques 560
surfactant pulmonaire 197
suspension 31
synoviorthèse isotopique 483
système international d’unités 3, 4
système optique 351
systole 191
T
taches de Laüe 337
tachycardie 133
tampon 35
tau 59
taux de cisaillement 175
taux de survie 487
temps
d’écho 558
longitudinale 557
de relaxation 557
de répétition 558
transversale 557
temps mort 468
tensiomètre 145
tension
artérielle 145
superficielle 16
Tesla 551
théorème
de Bernoulli 146
de Fourier 280
de Pascal 144
de Radon 517
tissu
myocardique 124
nodal 124
tomodensitométrie X 439, 517
tomographie
à émission de positons 483
par émission de positons 439, 545
tonicité 241
tonneau de Pascal 144
torr 143
tracés électrocardiographiques 133
traceur 37, 543
transducteur 530
transfert linéique d’énergie (TLE) (ou
TEL) 457
577
Livre 1.indb 577
20/11/13 08:40
Index
transformations
adiabatiques 19
isobares 19
isochores 19
isothermes 19
thermodynamiques 19
transitions radioactives 417
transport
actif 114, 261
électrodiffusif 114
facilité 259
passif 255, 256
travail 18, 277
moteur 277
résistant 277
trous 98
truth 59
tube
de Coolidge 511
radiogène 512, 514
tubule rénal 242
tympan de l’oreille 313
U
ultrafilt at 242
ultrasons 313, 529
ultra-violet (UV) 330
unité 4
Hounsfield 51
de masse atomique 4
de pression 143
spéciale 6
usuelle 5
up 59
urine primitive 242
V
vaisseaux 193
Van der Waals 17
vecteur
cardiaque 126, 127
d’onde 292
position 292
vectocardiogramme 126
ventilation pulmonaire 197
ventres de vibration 296
ventricule 125, 126, 190
vergence 352, 356
vibration
fondamentale 280
périodique 279
viscosité 175
vision
photopique 374
scotopique 374
vitesse
particulaire 314
de vibration 313
voies optiques 375
volémie 36
volume
télédiastolique 191
télésystolique 191
voxel 504
Y
Yukawa 57
Z
zone de vision distincte 376
578
Livre 1.indb 578
20/11/13 08:40
PACES
Cet ouvrage recouvre tout le programme de Physique et de
Biophysique de l’unité d’enseignement UE3.
Il permet de répondre à des questions de cours ou facilite la résolution d’exercices,
à partir de 226 fiches de révision, chacune d’entre elles correspondant à
des mots-clefs du programme de physique ou de biophysique.
De nombreuses QCM, avec leurs solutions détaillées, permettent aussi à l’étudiant de vérifier ses connaissances et la compréhension de chaque thématique.
LES
+
• De nombreux exercices et QCM corrigés et expliqués
• Strictement conforme au programme de l’UE3
• De nombreux schémas
• Une mise en valeur des éléments à retenir
Fiches de révision et QCM
PHYBIOSAN_S_deboeck 10/10/13 14:41 Page1
Pierre Peretti
UE3 PAES, Aspects fonctionnels
Conception graphique : Primo&Primo
UE3 PAES, Bases physiques
des méthodes d’exploration
978-2-8041-8283-0
9 782804 182830
PHYBIOSAN
www.deboeck.com
Pierre Peretti
Études de santé
Pierre Peretti est professeur émérite à la faculté des sciences fondamentales
et biomédicales de l'Université Paris-Descartes (Sorbonne Paris Cité).
DANS LA MÊME COLLECTION
Fiches
de révision
et QCM
TOUTE LA
PHYSIQUE
ET LA
BIOPHYSIQUE
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