St Jean de Maurienne

C. Lamy, V. Thuilier, J.M. Simon (Lycée P. Héroult – St Jean de Maurienne) relu M. Vial
-1-
L'organisme en fonctionnement – classe de seconde (programme 2000)
- durée conseillée : 7 semaines 
ACQUIS ANTERIEURS DES ELEVES :
- Les différents niveaux d’organisation du vivant : organisme, appareil/système, organe, tissu, cellule (programme de 3 ème).
- Ces notions ont pu être abordées au travers d’un thème au choix relatif à la partie du programme intitulée : « Cellule, A.D.N. et unité du vivant ».

ACTIVITE D’INTRODUCTION A CETTE PARTIE DU PROGRAMME :
Elle vise à prendre connaissance des conceptions des élèves sur la circulation sanguine et le transport des gaz au sein de l’organisme humain.
Pour cela :
- Demander à l’élève, à l’aide d’une question ouverte, comment le dioxygène va-t-il de l’air aux muscles,
- Faire tracer ce trajet sur un croquis pré dessiné avec les contours du corps humain ; veiller à ce que l’élève figure les organes intervenant lors d’un effort physique.

SITUATION D’APPEL :
Les problèmes liés au dopage peuvent être abordés à l’occasion d’un thème au choix.
Les élèves identifient les types de dopages couramment pratiqués (EPO, anabolisants, amphétamines, créatine, …). On choisit alors de mettre l’accent sur l’EPO, procédé très médiatisé
actuellement. On propose de chercher à comprendre en quoi cette molécule permet d’augmenter les performances physiques et sportives (efforts plus intenses).
PROBLEMATIQUE
ACTIVITES
SUPPORTS
OBJECTIFS
METHODOLOGIQUES
NOTIONS CONSTRUITES
(= objectifs notionnels)
T.P. N°1 : INTRODUCTION AU THEME D’ETUDE
DE CETTE PARTIE
Comment expliquer que
certains sportifs aient 
recours à des pratiques
spécifiques à l’approche
d’une compétition ?
Exemples :
(Hatier p 98-99)
- dopage à l’EPO,
- stages d’altitude (St 
Gervais, Font-Romeu),
- alimentation adaptée
(plat de féculents, …),
etc…
Activité n°1 :
- Rechercher des hypothèses concernant les
moyens par lesquels le sang transporte
davantage de O2 lors d’un effort physique.
- En utilisant les informations du texte relatif à
l’EPO, expliquez l’effet bénéfique de cette
molécule lors d’un effort intense. Justifiez son
usage en tant que dopant.
Activité n°2 :
L’EPO engendre des modifications au niveau du sang,
elle accroît le nombre d’hématies et l’hématocrite.
 Quelle relation y a-t-il entre EPO, sang, globules
rouges et hématocrite ?
 Pour répondre : observation d’un frottis sanguin.
Formuler des hypothèses.
Texte sur l’EPO.
Lire et comprendre un
texte scientifique.
Saisie de données.
Lames
de
frottis
sanguin,
Microscopes,
Fiche méthodologique
d’utilisation du M.P..
Effectuer une observation
microscopique.
Réaliser un dessin
d’observation.
Essayer de construire une
fiche méthodologique
(réalisation d’un dessin
d’observation).
Un effort demande de l’énergie. Quelle est son
origine ? (O2 – aliments)
- L’alimentation
et
les
réserves
apportent des nutriments.
- La respiration fournit du O2 dans le
sang.
- La circulation distribue le sang aux
muscles.
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PROBLEMATIQUE
ACTIVITES
-2SUPPORTS
OBJECTIFS
METHODOLOGIQUES
NOTIONS CONSTRUITES
(= objectifs notionnels)
EXERCICE DE RECHERCHE A LA MAISON
Comment les besoins en
nutriments et en O2 des
muscles peuvent-ils être
assurés lors d’un effort ?
Sachant que le O2 n’est
pas stocké et que plus
l’effort est intense, plus
les muscles ont besoin de
O2 :
Comment expliquer que
l’organisme parvienne à
apporter aux muscles la
quantité de O2 adaptée à
la puissance de l’effort
fourni ?
-
Evaluation des besoins en glucose lors d’un Hatier doc. 14 p91.
effort physique.
-
Etude de données chiffrées et microscopiques, Hatier doc. p88-89.
menant à la découverte de la notion de
réserves sous forme de glycogène et des très
faibles réserves en O2.
Formulation d’hypothèses et de leurs conséquences
vérifiables en relation avec le problème posé.
L’augmentation
de
l’activité
physique
s’accompagne
d’un
accroissement
de
la
consommation de O2 et de nutriments par les
Saisir et mettre en relation cellules musculaires.
des données.
- A la suite des repas, une partie des nutriments est
mise en réserve (glycogène, graisses).
- Il n’y a pas de mise en réserve de O2.
Saisir des données.
Calculer.
Formuler
des
hypothèses
explicatives et envisager leurs
conséquences vérifiables.
T.P. N°2 : LIEN ENTRE ACTIVITE RESPIRATOIRE
ET EFFORT PHYSIQUE

Activité n°1 :
Enregistrement, par spirographie, de la fréquence
respiratoire et de l’amplitude des cycles respiratoires :
- au repos,
- lors d’un effort modéré,
- au cours d’un effort intense.

Activité n°2 :
Enregistrements obtenus
- Donner un titre et légender le graphique.
- Annoter
l’enregistrement
(inspiration, lors de l’activité n°1.
expiration, cycle respiratoire, mesure de la
fréquence respiratoire).
- Repérer les paramètres qui varient et
envisager la conséquence de la variation de
ces paramètres par rapport à l’effort physique
fourni.
- Expliquer s’il est possible d’accroître
indéfiniment la fréquence et l’amplitude des
mouvements respiratoires lorsque l’effort
devient plus soutenu.
Chaîne Ex.A.O.,
Logiciel Spiro (Jeulin),
Sonde oxymétrique et
spirographe,
Vélos d’appartement ou
steps ou petits tabourets
(éventuellement).
Se
familiariser
avec
l’Ex.A.O. (comprendre le
fonctionnement
d’un
- L’effort physique est associé à un accroissement
dispositif technique).
de l’activité respiratoire.
Suivre un protocole.
- Notion de ventilation pulmonaire.
Lire un graphique.
Extraire des informations - Limite physiologique liée à la capacité
d’un graphique et les respiratoire : le VO2 max. ; ce paramètre ne peut
être mesuré (approche par les professeurs d’E.P.S.,
mettre en relation.
avec la mesure de la VMA (vitesse maximale
aérobie)).
Mettre en relation des
données.
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PROBLEMATIQUE
ACTIVITES
-3SUPPORTS
OBJECTIFS
METHODOLOGIQUES
T.P. N°3 : LIEN ENTRE L’ACTIVITE
CARDIO-CIRCULATOIRE ET L’EFFORT PHYSIQUE
Identique
à
celle 
formulée pour le T.P.
précédent.
Activité n°1 :
- Prévoir les résultats obtenus par mesure de la
consommation en O2 et de la fréquence
cardiaque sous forme de graphiques (axes,
aspect des courbes).

Activité n°1 : Démonstration sur fressure (bloc cœur
poumons)
- Comparer
avec
le
modèle
élaboré
précédemment
par
l’élève
(activité
d’introduction),
- Reprendre le modèle et proposer un sens de
circulation du sang à partir des acquis de
collège ===> L’examen de l’ensemble des
travaux des élèves conduit à la formulation de
plusieurs hypothèses sur les modalités de
circulation sanguine.
NOTIONS CONSTRUITES
(= objectifs notionnels)
- L’effort physique est associé à un accroissement
de l’activité cardiaque.
- Lors d’un effort physique, les différents
résultats paramètres mesurés augmentent, et ce d’autant plus
que l’intensité de l’effort est importante.
Ceci a pour conséquences :

Une entrée plus importante d’air dans
les poumons (augmentation de la
 Activité n°2 :
Chaîne Ex.A.O.,
fréquence
respiratoire,
et
- Mesurer la consommation de O2 (logiciel Sonde oxymétrique,
Comprendre le
éventuellement de l’amplitude des
Respihom).
Logiciel Respihom,
fonctionnement des
inspirations),
- Mesurer l’activité cardiaque à l’aide de Cardiofréquencemètre, dispositifs techniques.

Une circulation plus rapide du sang,
cardiofréquencemètres.
Vélos d’appartement ou Représenter
donc un débit sanguin plus important
- Construire un graphique FC et VO2 en steps ou petits tabourets, graphiquement.
notamment au niveau des muscles.
fonction de l’effort.
Métronomes
pour
Autrement dit, « plus de O2 est apporté par plus de
rythmer les flexions.
sang » lorsque l’organisme effectue un effort.
T.P. N°4 : LIAISON CŒUR – POUMONS – MUSCLES

Activité n°2 : Travaux sur cœur isolé (= tests des
différentes hypothèses)
- Annoter un croquis,
- Expériences de « remplissage » du cœur avec
de l’eau pour tester le sens de circulation du
sang au sein du cœur,
- Disséquer : découverte des valvules,
Effectuer une synthèse de la circulation : cœur,
poumons, muscles.
Prévoir
des
expérimentaux.
Fressure de veau ou de Observer.
porc.
Comparer un modèle
construit à la réalité
Croquis élaboré lors de observée.
l’activité d’introduction
Formulation d’hypothèses.
à cette partie.
Croquis de
l’organisation du cœur. Manipuler.
Cœur de veau,
+ éventuellement, cœur
de dinde pour le test de
Réaliser une synthèse.
remplissage.
Le sang est propulsé par un système constitué de
deux pompes accolées : le cœur droit et le cœur
gauche.
Le sang y circule à sens unique (entrée par les
oreillettes et sortie par les artères) grâce aux
valvules (ouverture et fermeture de celles-ci se
manifestent sous forme de bruits du cœur, que l’on
peut entendre à l’aide d’un stéthoscope).
Le cœur est le moteur de la circulation ; il dirige
directement le sang enrichi en O2 des poumons vers
les muscles, car poumons, cœur et muscles sont
disposés en série [schéma].
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PROBLEMATIQUE
ACTIVITES
-4-
SUPPORTS
OBJECTIFS
METHODOLOGIQUES
NOTIONS CONSTRUITES
(= objectifs notionnels)
T.P. N°5 : APPORT PREFERENTIEL DU SANG
OXYGENE VERS CERTAINS ORGANES

Comment expliquer que

le sang soit inégalement
réparti lors d’un effort
physique ?
Activité n°1 :
- Constater la répartition variable du sang qui Hatier 2nde Doc. 12, 13 Saisir des informations.
Comparer des données
permet d’alimenter essentiellement
les et 14 p 111.
expérimentales.
muscles, le cœur, les poumons et le cerveau
lors d’un effort.
Concevoir et proposer un
- Proposer un modèle (mécanismes) expliquant Tuyau souple.
modèle explicatif.
cette inégale répartition du sang à l’aide d’un
tuyau souple, tel un tuyau d’arrosage,
représentant une artère, à partir de qq. constats
de la vie quotidienne :

Doigts blancs au froid,

Ne pas manger juste avant un effort,

«sueurs froides» et rougeur à l’effort,

problème de pression d’eau dans une
maison
lors
de
l’utilisation
simultanée de la machine à laver, du
lave-vaisselle, de la douche, …

torpeur post-prandiale, froid à la
sieste.
Activité n°2 :
Valider ou infirmer le modèle proposé, à partir :

de l’observation de lames d’artérioles ou de
veinules,

de documents d’artérioles plus ou moins dilatées.
Microscope,
Lames d’artères/artérioles,
Lames de veines,
Belin doc. 3 p145.
Le sang ne se répartit pas entre les organes dans les
mêmes proportions au repos et à l'effort
(comparaison des débits sanguins). A l'effort, le
sang est dirigé préférentiellement vers les organes
impliqués: muscles, cœur, (poumons) et cerveau.
Cette répartition inégale du sang est possible grâce
à la disposition en parallèle des organes (autres que
les poumons) par rapport au cœur.
Le débit sanguin à l'entrée des différents organes est
augmenté (au niveau des muscles et du cerveau) ou
diminué (au niveau de l'intestin, des reins, etc...)
Mettre en relation des grâce à un diamètre variable des artérioles
données.
(vasoconstriction ou vasodilatation).
Valider ou infirmer une
hypothèse
(modèle Schéma de synthèse de ce qu'il se passe au repos et
proposé).
à l'effort.
C. Lamy, V. Thuilier, J.M. Simon (Lycée P. Héroult – St Jean de Maurienne) relu M. Vial
PROBLEMATIQUE
ACTIVITES

-5SUPPORTS
OBJECTIFS
METHODOLOGIQUES
NOTIONS CONSTRUITES
(= objectifs notionnels)
Question :
Qu’est-ce qui contrôle le rythme cardiaque ?
T.P. N°6 : AUTOMATISME CARDIAQUE ET
CONTROLE NERVEUX DU RYTHME CARDIAQUE

Sachant que le cœur du
greffé bat à un rythme
qui lui est propre,
supérieur à celui chez 
une
personne
non
greffée :
Activité n°1 :
- Observation
comparative du rythme
cardiaque d’un greffé cardiaque et d’un sujet
non greffé, au repos et lors d’un effort.
Toute adaptation du rythme cardiaque est supprimée
chez le greffé ; le cœur semble battre seul, à un rythme
qui lui est propre (supérieur au rythme cardiaque
observé chez le sujet non greffé).
- Poser le problème.
- Formuler des hypothèses en réponse au
problème posé.
Activité n°2 :
Dissection :
- Observer le cœur in situ,
- Isoler le cœur et observer.
comment expliquer le
contrôle et l’adaptation
des rythmes cardiorespiratoires ?
[problème 1]
-
-
données - Un cœur, isolé du reste de l'organisme bat tout
seul.
- Les battements du cœur sont donc automatiques et
non provoqués par des organes extérieurs au cœur
(comme le cerveau...).
Poser
un
problème - Mais ces battements automatiques se font à un
scientifique.
rythme constant et élevé comme on le constate chez
Formuler des hypothèses les greffés du cœur.
explicatives.
Cœur d’embryon de Suivre un protocole.
caille, de poulet.
Disséquer.
Ou
Rendre compte de ses
Cœur d’escargot,
observations et les relier
d’huître.
au problème posé.
Matériel à dissection.
Loupe binoculaire.
Lorsqu'on stimule ou sectionne certains nerfs innervant le
cœur, le rythme cardiaque peut augmenter ou diminuer.
Le système nerveux intervient donc sur les variations du
Interpréter des résultats expérimentaux de Documents.
Saisir et mettre en relation rythme cardiaque.
Ainsi, l'augmentation du rythme cardiaque lors d'un effort
stimulation et de sections des nerfs participant Ou
des
données puis sa baisse à la fin de l'effort sont contrôlées par le
au contrôle du rythme cardiaque.
Logiciel
« Pression expérimentales.
système nerveux (de façon involontaire cependant).
Appliquer ce qui vient d’être appris à la artérielle » - Pierron.
Construire un schéma de De même, l'activité des muscles intervenant dans la
situation d’effort physiologique.
synthèse.
ventilation est contrôlée par le système nerveux de façon
involontaire comme volontaire.
T.P. N°7 : CONTROLE NERVEUX DU RYTHME
CARDIAQUE
comment expliquer le
rythme cardiaque élevé
des greffés cardiaques ?
[problème 2]
VHS :
L’aventure Comparer des
intérieure n° 2 : Le expérimentales.
cœur, une pompe souple
– Coll. Alpa
Hatier docs p137.