Université
de Liège
Editeur responsable : Roger MOREAU
Institut de Physique B5 - 4000 Sart Tilman
Avec le soutien du Minis...
Illustrations
couverture I (à gauche) : PET-scan fourni par M. le Dr LILET.
couverture IV : Début de l’expérience du fakir...
Science et Culture est une association sans but lucratif (a.s.b.l.) qui œuvre à la diffusion des
sciences et de la culture...
Table des matièresTable des matières
Introduction à la partie physiqueIntroduction à la partie physique......................
Introduction
L’étude du corps humain n’est pas entièrement réservée aux
biologistes et aux médecins, même s’ils sont consi...
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fasciculeS&C2009

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fasciculeS&C2009

  1. 1. Université de Liège Editeur responsable : Roger MOREAU Institut de Physique B5 - 4000 Sart Tilman Avec le soutien du Ministre de la Recherche, des Technologies nouvelles et des Relations extérieures a.s.b.l. en physique et en chimie molécule chirale biceps bras de levier
  2. 2. Illustrations couverture I (à gauche) : PET-scan fourni par M. le Dr LILET. couverture IV : Début de l’expérience du fakir. Ont contribué à la rédaction de ce livret : Partim physique • Audrey LANOTTE, Attaché à la Direction de Science et Culture ; • Hervé CAPS, Chargé de cours, Département de Physique de l’ULg, Administrateur de Science et Culture ; • Stéphanie KRINS,Aspirante FNRS,Département de Physique de l’ULg ; • Denis TERWAGNE,Assistant,Département de Physique de l’ULg ; • Eric MERSCH, Chercheur,Département de Physique de l’ULg ; • Roger MOREAU, Secrétaire Général de Science et Culture ; Partim chimie • Emmanuelle DINON, Ingénieur industriel, Département de Chimie de l’ULg ; • Audrey SCHRIJNEMAKERS, Chercheuse, Laboratoire de Chimie Inorganique Structurale de l’ULg ; • Jean-François FOCANT, Chargé de cours, Département de Chimie de l’ULg ; Coordination & mise en page : Audrey LANOTTE, Emmanuelle DINON,Aude LEMAIRE et Roger MOREAU ; Support technique et illustrations : Aude LEMAIRE et Bernard GUILLOT,A.P.E. ; Les auteurs tiennent à remercier : • La Direction Générale desTechnologies, de la Recherche et de l’Energie du Ministère de la RégionWallonne ; • La Direction Générale de l’Economie et de l’Emploi du Ministère de la Région Wallonne ; • Le Service de l’Education Permanente de la Communauté Française ; • La Direction Générale du Service des Affaires Culturelles de la Province de Liège ; • M. B. RENTIER, Recteur de l’Université de Liège ; • M. R. CLOOTS, Professeur ordinaire, Doyen de la Faculté des Sciences de l’ULg ; • M. J. M. BOUQUEGNEAU, Pro-Doyen de la Faculté des Sciences de l’ULg ; • M. N.VANDEWALLE, Professeur Ordinaire, Président du Département de Physique de l’ULg ; • M. E. DE PAUW, Professeur Ordinaire, Président du Département de Chimie de l’ULg ; • M. C. HOUSSIER, Professeur Ordinaire hre, Département de Chimie de l’ULg, Administrateur de Science et Culture ; • M. H. LILET, Docteur en médecine nucléaire, CHU de Liège ; • M. P. BONNET, Professeur, Département des Sciences Biomédicales et Précliniques de l’ULg ; • M. R. CAHAY, Chargé de cours hre du Département de Chimie de l’ULg, Administrateur de Science et Culture ; • Mme M. HOEBEKE, Chargée de cours, Département de Physique de l’ULg ; • Mme M. JAMINON, Directrice de la Maison de la Science ; • Mme M. L. MOREAU-COLIN, Chef de Travaux hre du Département de Physique de l’ULg ; • Mme B. MONFORT, Responsable du Laboratoire d’Enseignement Multimédia (LEM) de l’ULg, Vice Présidente de Science et Culture; • Mme D. DONNAY et M.A. CHEVALIER, Directeurs du Théâtre Universitaire Royal de Liège (TURLg) ; • Mlle H. CROISIER et M.T. DESAIVE, Chercheurs, Département de Physique de l’ULg ; • Mme C. XHROUET, Logisticienne, Département de Chimie de l’ULg ; • Mme C. HENRIST, Première assistante, Département de Chimie de l’ULg ; • Mlles J. DEWALQUE, N. KRINS, C. KINET et MM. G.TOUSSAINT, P. SIBRET, P. COLSON,Assistants, Département de Chimie de l’ULg ; • MmeV. COLLIGNON, Didactique des sciences chimiques de l’ULg ; • M. H. MARTIAL, Assistant pédagogique de l’ULg ; • M. P. CUYPERS, Animateur à la Maison de la Science ; • Mlle A. DUBUS, MM. R.VANDERLINDEN et G. GRIDELET,Techniciens, Département de Chimie de l’ULg ; • Mlle C. JAMIN, Chercheuse, Laboratoire de Chimie Inorganique Structurale de l’ULg ; • Mlle M. LASCHET, Centre interfacultaire de formation des enseignants (CIFEN) de l’ULg ; • M. A. GERSTMANS,Technicien honoraire, Département de Chimie de l’ULg ; • M. F. GANDAR, assistant, Département clinique des animaux de compagnie et des équidés de l’ULg; • Mme J. CRAHAY-DETILLOUX,Technicienne, Département de Physique de l’ULg ; • M. Ph. HEROUFOSSE, Conseiller technique,Théâtre Universitaire Royal de Liège (TURLg) ; • M. R. MINET, Régisseur,Théâtre Universitaire Royal de Liège (TURLg). • M. P. COUGNET, Service de Néphrologie, Cliniques Universitaires Saint-Luc ; • M. B.WIESEN, Service de Radiographie du CHU de Liège ;
  3. 3. Science et Culture est une association sans but lucratif (a.s.b.l.) qui œuvre à la diffusion des sciences et de la culture pour un public aussi large que possible. Parmi ses activités principales, figurent l’organisation d’expositions scientifiques orientées vers le public des élèves de l’Enseignement secondaire et la présentation de conférences de haute vulgarisation. Science et Culture produit des livrets d’exposition et édite un bulletin bimestriel à l’attention de ses membres. En 2005, l’asbl a fêté ses cinquante ans d’existence ! Pour plus d’informations : www.sci-cult.ulg.ac.be A.S.B.L. Science et Culture Institut de Physique B5, Sart Tilman B-4000 Liège par Science et Culture asbl du 12 au 30 octobre et du 9 au 20 novembre 2009 Démonstrations expérimentales, tous les lundis, mardis, jeudis et vendredis à 10h et à 14h, ainsi que les mercredis à 10h, au Théâtre Universitaire Royal de Liège au Sart Tilman tél: 04/366.35.85 fax: 04/366.33.34 courriel: sci-cult@guest.ulg.ac.be 2009 : l’odyssée du corps humain en physique et en chimie
  4. 4. Table des matièresTable des matières Introduction à la partie physiqueIntroduction à la partie physique.................................... 33 La biomécaniqueLa biomécanique.................................................................................. 33 Notions élémentaires en mécaniqueNotions élémentaires en mécanique..................................................44 Le centre de gravitéLe centre de gravité ....................................................................................................44 Les lois deLes lois de NEWTONNEWTON ......................................................................................................44 Le lancer de poidsLe lancer de poids ......................................................................................................55 Les musclesLes muscles ............................................................................................................................66 Le travailLe travail......................................................................................................................................66 L’énergie (cinétique et potentielle)L’énergie (cinétique et potentielle) ........................................................77 Les forces de frottementLes forces de frottement........................................................................................77 La force de rappel d’un ressortLa force de rappel d’un ressort....................................................................77 Le fluide synovialLe fluide synovial............................................................................................................77 La courseLa course....................................................................................................................................88 Les moments de forcesLes moments de forces ..........................................................................................88 La marcheLa marche..................................................................................................................................99 Le saut en hauteurLe saut en hauteur ....................................................................................................1100 Mal de dosMal de dos ..........................................................................................................................1111 Les leviersLes leviers ..........................................................................................................................1111 Les leviers inter-appuiLes leviers inter-appui........................................................................ 1111 Les leviers inter-résistantsLes leviers inter-résistants.............................................................. 1111 Les leviers inter-puissantsLes leviers inter-puissants.............................................................. 1122 L’avantage mécaniqueL’avantage mécanique ...................................................................... 1122 Biceps contre tricepsBiceps contre triceps ............................................................................................1122 La pressionLa pression ..........................................................................................................................1122 Le corps, conducteur électriqueLe corps, conducteur électrique ...................................... 1133 La loi d’La loi d’OHMOHM......................................................................................................................1133 La conductivité du corps humain et ses dangersLa conductivité du corps humain et ses dangers ..........1133 L’influx électriqueL’influx électrique........................................................................................................1144 Le condensateurLe condensateur ..........................................................................................................1144 Le coeurLe coeur ................................................................................................................................1155 Les fluidesLes fluides ............................................................................................ 1166 Gaz parfaitsGaz parfaits........................................................................................................................1166 Notion de pression dans un fluideNotion de pression dans un fluide ....................................................1177 Loi deLoi de PASCALPASCAL.................................................................................................... 1177 Pression hydrostatiquePression hydrostatique...................................................................... 1177 Effet de la pesanteur sur la circulation sanguineEffet de la pesanteur sur la circulation sanguine............1177 Loi deLoi de BOYLE-MARIOTTEBOYLE-MARIOTTE et la plongée sous-marineet la plongée sous-marine............1188 Le débitLe débit ....................................................................................................................................1188 Variation de la tension superficielle au service desVariation de la tension superficielle au service des alvéoles pulmonairesalvéoles pulmonaires ............................................................................................1199 Mesure de pression artérielle.Mesure de pression artérielle. ..................................................................2200 Ecoulement laminaireEcoulement laminaire........................................................................ 2211 Le débit cardiaqueLe débit cardiaque....................................................................................................2211 Viscosité du sangViscosité du sang ........................................................................................................2211 Ecoulement du sangEcoulement du sang ..............................................................................................2222 Les valvules veineusesLes valvules veineuses..........................................................................................2222 Ecoulement turbulentEcoulement turbulent ........................................................................ 2233 L’oreille et le mal de transportL’oreille et le mal de transport ..................................................................2233 La physique au service de l’hommeLa physique au service de l’homme ............................2233 La radiographieLa radiographie ............................................................................................................2233 La scintigraphieLa scintigraphie ............................................................................................................2233 Le PET scanLe PET scan ........................................................................................................................2244 Quiz - Vrai ou Faux? ..................................47Quiz - Vrai ou Faux? ..................................47 Bibliographie............................................48Bibliographie............................................48 IntroductioIntroduction à la partie chimien à la partie chimie ........................................2255 L’ADNL’ADN ..........................................................................................................2255 Extraire son propre ADN dans sa cuisineExtraire son propre ADN dans sa cuisine ..............................2266 Le système nerveuxLe système nerveux ......................................................................2277 La transmission de l’influx nerveuxLa transmission de l’influx nerveux..................................................2277 Composition chimique d’une cigaretteComposition chimique d’une cigarette ......................................2288 Exemples de neurotransmetteurs impliqués dans deExemples de neurotransmetteurs impliqués dans de nombreuses fonctionsnombreuses fonctions..........................................................................................2288 Les neurotransmetteurs affectés par les droguesLes neurotransmetteurs affectés par les drogues............2288 La digestionLa digestion ........................................................................................2299 Les transformations chimiques des alimentsLes transformations chimiques des aliments........................2299 Les enzymesLes enzymes ....................................................................................................................2299 CCatalyse enzymatique : action de la catalase sur laatalyse enzymatique : action de la catalase sur la décomposition de l’eau oxygénéedécomposition de l’eau oxygénée ....................................................3300 Les glucidesLes glucides........................................................................................................................3300 La digestion des glucidesLa digestion des glucides................................................................................3311 HHydrolyse enzymatique de l’amidonydrolyse enzymatique de l’amidon ............................................3322 La glycémieLa glycémie........................................................................................................................3322 Les lipideLes lipidess.. La digestion des lipidesLa digestion des lipides ..............................................3333 Les protéineLes protéiness.. La digestion des protéinesLa digestion des protéines ................................3355 Importance de la formation d’une émulsion dans laImportance de la formation d’une émulsion dans la digestion des lipidesdigestion des lipides ..............................................................................................3355 IInfluence de la température et du pHnfluence de la température et du pH sur l’activité enzymatiquesur l’activité enzymatique..............................................................................3366 Les antiacidesLes antiacides..................................................................................................................3366 La respiration cellulaireLa respiration cellulaire..........................................................3377 L’adénosine triphosphate (ou ATP)L’adénosine triphosphate (ou ATP) ..................................................3377 MMise en évidence du rejet de COise en évidence du rejet de CO22 ....................................................3388 Les gluciLes gluciddes -es - Les lipidesLes lipides ................................................................................3388 ThermorégulationThermorégulation......................................................................................................3388 Les antioxydantsLes antioxydants ............................................................................3399 Les radicaux libresLes radicaux libres....................................................................................................3399 Les antioxydants : systèmLes antioxydants : systèmeses de défensede défense contre les radicaux librescontre les radicaux libres................................................................................3399 Les antioxydantsLes antioxydants dans l’industrie alimentairedans l’industrie alimentaire....................4400 L’acide ascorbiqueL’acide ascorbique ouou vitamine Cvitamine C ....................................................4400 Le transport membranaireLe transport membranaire .................................................... 4411 Transport passifTransport passif..............................................................................................................4411 Diffusion simpDiffusion simplle et diffusione et diffusion facilitéefacilitée.......................... 4411 Transport actifTransport actif..................................................................................................................4422 Le sangLe sang........................................................................................................4433 Les cellules sanguinesLes cellules sanguines ........................................................................................4433 La dialyseLa dialyse ..............................................................................................................................4433 Le plasmaLe plasma..............................................................................................................................4444 Les groupes sanguinsLes groupes sanguins............................................................................................4444 Le pouvoir tampon du sangLe pouvoir tampon du sang ........................................................................4455 Le tampon bicarbonate sanguinLe tampon bicarbonate sanguin.......................................... 4455 AcidoseAcidose .................................................................................................................. 4455 AlcaloseAlcalose ................................................................................................................ 4466 Mise en évidence du pouvoir tampon du sangMise en évidence du pouvoir tampon du sang................4455 Les molécules chiralesLes molécules chirales ..............................................................4466 Importance des molécules chiralesImportance des molécules chirales..................................................4466 Certains récepteurs olfactifs sont chirauxCertains récepteurs olfactifs sont chiraux................................4477 Bibliographie............................................48Bibliographie............................................48
  5. 5. Introduction L’étude du corps humain n’est pas entièrement réservée aux biologistes et aux médecins, même s’ils sont considérés comme en étant les principaux acteurs. En effet, une multi- tude de propriétés du corps humain sont purement physiques et chimiques même si, bien souvent, l’interdisciplinarité des sciences est primordiale. Dans cette première partie, le physicien explique sa façon d’observer le fonctionnement du corps humain, de manière non exhaustive. Dans la deuxième partie, le chimiste en fera de même. Le corps est d’abord décrit d’un point de vue mécanique, presque tel une machine. Ensuite, nous abordons l’influx électrique avant de discuter des liquides et des gaz dans notre corps. Nous terminons en donnant des applications de la physique au service des patients. Planches d’anatomie du 18Fig. 1 : ème siècle. A gauche : les muscles 1 . Au centre : le système nerveux 1 . A droite : le squelette humain 2 La biomécanique La biomécanique est une branche de la physique qui appli- que les principes de mécanique sur les organismes vivants, dont l’être humain. Elle vise à étudier les fonctions de plus de 300 muscles qui bougent et/ou qui soutiennent les 206 os du corps humain. La performance athlétique est certes déterminée par les forces, le conditionnement physique et le niveau de flexion de l’athlète. Mais il est cependant possible de l’améliorer en analysant le mouvement du corps et en appliquant les principes de la mécanique physique. La biomécanique est également importante pour la préven- tion et le traitement des blessures. 2009 : l’odyssée du corps humain Première partie : en physique

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