Partie 2 La santé Notions:

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1 Partie 2 La santé Notions:

2 Chapitre 8. Analyse des signaux périodiques 8.1. Introduction Qu'est ce qu'un phénomène périodique? Activité: Bordas 2010, p14 / Bordas 2014, p Les phénomènes périodiques Définition Un phénomène est dit périodique s'il se reproduit à l'identique, à intervalles de temps égaux. Exemples: Les battements du coeur / des paupières, les scéances de cours de Physique, les rotations / révolutions des astres. Comment étudie-t-on un phénomène périodique? Expérience: AE n 5 signaux périodiques Voir: activité électrique du coeur

3 Caractéristiques d'un signal périodique La période, notée T, exprimée en secondes (s), correspond à la durée d'un motif élémentaire. C'est donc l'intervalle de temps au bout duquel la grandeur variable u(t+t) reprend la même valeur u(t), quelque soit t. Simuler: exercice Ostralo - gyrophare La fréquence, notée f, exprimée en Hertz (Hz), correspond au nombre de répétitions du motif élémentaire par seconde. Ainsi, f = 1 / T. Activité: Bordas 2010, p15 Des électrodes placées à la surface de la peau permettent de recueillir le potentiel électrique qui commande l activité musculaire du cœur. Le signal est alors amplifié et transcrit sous forme de courbe: l électrocardiogramme Un homme adulte au repos a un rythme cardiaque d'environ 70 bpm. Sa fréquence cardiaque est d'environ 1,2 Hz. Voir: ECG sur smartphone La bradycardie désigne l'activité d'un coeur qui bat trop lentement. La tachycardie désigne l'activité d'un coeur qui bat trop rapidement. Remarques: Pour augmenter la précision de la mesure de la période d'un signal, il est nécessaire de faire la moyenne sur le plus grand nombre possible de motifs. Tester: exercice Ostralo

4 Caractéristiques d'une tension périodique Lorsque l'on étudie un phénomène périodique, on étudie les variations d'une de ses grandeurs physiques au cours du temps. Pour celà, il n'existe pas toujours l'instrument de mesure adapté. On réalise alors une acquisition d'un signal (généralement électrique), via un capteur, image de la grandeur physique étudiée. On peut ensuite visualiser la tension électrique correspondante avec un oscilloscope. La valeur maximale d'une tension, notée ou Umax correspond à la valeur la plus élevée prise par la tension u(t) au cours du temps. La valeur minimale d'une tension, notée Umin correspond à la valeur la plus faible prise par la tension u(t) au cours du temps. Remarques: ne pas confondre, Amplitude et valeur maximale d'une tension. Tension continue, variable et alternative. La valeur moyenne et valeur efficace. Voir: animation rappel fonctionnalité oscilloscope Simuler: simulateur d'oscilloscope + GBF Voir: tutoriel oscilloscope et mesure de période

5 Tension sinusoïdale Il vous sera démontrer plus tard (peut-être!) qu'étudier une tension périodique revient à étudier des tensions sinusoïdales. Où trouve-t-on des grandeurs sinusoïdales? Activité "bonus": La hauteur d'un point d'une roue (autre que son centre) d'un véhicule roulant à vitesse constante, est une grandeur sinusoïdale du temps. Rappel de mathématiques: sin(acb) = AB / AC La hauteur du point A, par rapport à C, a pour expression: AB = AC sin(acb) Si la roue tourne, l'angle ACB varie au cours du temps. Voir: Rappels sinusoïdale Activité: Signal émis (a) lors d'un audiogramme (b). (son pur) Simuler: fréquence son htm

6 Bilan n 6 Travailler avec le livre: Bordas 2014 Cours p22-25 Résumé p25 Exercices p26-32 Documents complémentaires p33 Travailler avec le livre: Bordas 2010 Cours p18-21 Résumé p21 Exercices p22-26 Documents complémentaires p27

7 Chapitre 9. Introduction aux ondes 9.1. Introduction Qu'est ce qu'une onde? De quoi parle-t-on lorsqu'on parle de rayonnement? Activité: 9.2. Notion d'onde Définition On appelle rayonnement, modélisé par une onde, le phénomène de propagation des effets d'une perturbation dans un milieu, sans transport de matière. Une perturbation est une modification locale et temporaire des propriétés d'un milieu.

8 Propriétés Une onde se propage, à partir de sa source, dans toutes les directions qui lui sont offertes. On note v la célérité (vitesse de propagation) d'une onde. Elle dépend de la nature de l'onde et du milieu de propagation. Deux ondes qui se "croisent", se superposent: Elles continuent de se propager sans modification de leur forme ou de leur direction. Remarque: On distingue les ondes mécaniques (dont les ondes sonores) et les ondes électromagnétiques Applications médicales Activité: Bordas 2010, p30 / Bordas 2014, p36

9 Bonus: Hachette 2014, p171

10 Chapitre 10. Les ondes mécaniques, l'imagerie médicale: l'échographie Les ondes sonores Définition Une onde sonore est un phénomène périodique qui se propage par suite de compressions et dilatations du milieu de propagation. C'est une vibration des éléments constitutifs du milieu de propagation. A chaque onde sonore correspond une fréquence f et donc une péridode de vibration T du milieu matériel. Exemple: haut parleur => air => oreille Voir: vibration haut parleur Simuler: propagation d'une onde sonore Propriétés Dans le cas du haut parleur, la fréquence de vibration de l'onde sonore est identique à celle de la tension appliquée aux bornes du haut parleur. Remarque: Le son (comme toute les ondes mecaniques) ont besoin d'un milieu matériel pour se propager. Voir: le son dans le vide

11 Domaine de fréquence L'oreille est sensible aux sons de fréquences comprisent entre 20 Hz et 20 khz Vitesse de propagation du son dans l'air Expérience: AE n 6 étude de la propagation des ondes ultrasonores L'émetteur produit une succesion de salves ultrasonores, à intervalles de temps réguliers. Le récepteur est sensible aux variations de pression de l'air. L'oscilloscope permet de visualiser les tensions représentatives des signaux sonores reçus par les deux récepteurs. Un décalage spatial des deux récepteurs entraine un décalage temporel des deux tensions visualisées. La célérité du son dans l'air est obtenu en réalisant le rapport des mesures de la distance séparant les deux récépteurs par le retard affiché sur l'oscilloscope. v (air à T=20 C) 330 m.s -1 Voir: mesure de la célérité des ultrasons dans l'air

12 Activité: En 1826, au lac Léman, J.D Colladon et C.F Sturm mesurent la vitesse de propagation du son dans l'eau: v (eau) 1435 m.s -1 Lire: son et acoustique Dans l'air, en conditions normales de pression et de température (CNTP), la célérité du son est d'environ v (air) 340 m.s L'imagerie médicale par le son L'échographie Quel est le principe de fonctionnement de l'échographie? Que peut-on visualiser? Simuler: Le sonar Voir: Kezako, échographie Activité: Bordas 2010, p33 / Bordas 2014, p39

13 Chapitre 11. Les ondes électromagnétiques, l'imagerie médicale: la radiographie Les ondes électromagnétiques Définition Une onde électromagnétique correspond à la propagation simultanée d'un champ électrique et magnétique. Elle peut se propager dans le vide ou à travers la matière. Rappel: (3ème) Lorsqu'un courant électrique circule dans un fil conducteur situé à proximité d'une boussole, son aiguille change d'orientation: Un déplacement de charges électriques s'accompagne d'un champ électrique qui modifie le champ magnétique local. Inversement, lorsqu'on déplace un aimant à proximité d'un circuit électrique, on induit l'apparition d'un courant électrique dans le circuit. Une variation de champ magnétique entraine un déplacement de charge électrique. Remarque: Propriétés Les ondes sonores se propagent plus rapidement dans les milieux denses. Les ondes électromagnétiques, elles, n'ont pas besoin de milieu matériel et se propagent plus facilement dans le vide que dans la matière. Expérience: Propagation laser dans le vide

14 Domaine de fréquence Les applications de l'imagerie médicale couvrent une partie importante du spectre électromagnétique. On rappelle que la lumière est la seule partie visible à l œil nu. Voir: C'est pas sorcier onde radio Rappel: (Ch03) On note c la célérité des ondes électromagnétiques dans le vide. Avec c= m.s -1 On retiendra c c (air) 3 x 10 8 m.s L'imagerie médicale par la lumière La radiographie Quel est le principe de fonctionnement de la radiographie? Que peut-on visualiser? Peut-on réellement voir le cerveau ainsi que les os, comme ceux d'homer, via une radiographie? Voir: la radiographie

15 La fibroscopie La fibroscopie est un examen médical permettant de visualiser l'intérieur du corps en introduisant par les voies naturelles un tube extra-fin (fibroscope) constitué de fibres optique couplé à une source de lumière et un système de visualisation. Activité: Bordas 2010, p32 / Bordas 2014, p38 Voir: fibre optique liquide Voir: fibre optique en gélatine Simuler: fibre optique à saut d'indice Simuler: autres fibres optiques Comment expliquer que la lumière soit confinée dans le cœur de la fibre optique?

16 La réflexion totale Expérience: AE n 7 étude des phénomènes de réflexion totale Lorsque la lumière passe d'un milieu 1 à un milieu 2 avec n 2 < n 1, il existe une valeur i 1l de l'angle d'incidence i1 telle que, si i 1 > i 1l, le rayon réfracté n'existe pas. Il y a alors réflexion totale. Les lois de Snell-Descartes relative aux angles pour la réfraction permet alors d'écrire: Sin i 1l = n 2 / n 1 Voir: la réflexion totale Simuler: réflexion et réfraction Bonus Voir: Kezako, IRM Voir: CNRS, IRM

17 Bilan n 7 Travailler avec le livre: Bordas 2014 Activités p36-39 Cours p40-43 Résumé p43 Exercices p44-50 Documents complémentaires p51 Travailler avec le livre: Bordas 2010 Activités p30-33 Cours p34-37 Résumé p37 Exercices p38-42 Documents complémentaires p43

18 Chapitre 12. Les médicaments Les médicaments Définition Un medicament est une substance ou une composition présentée comme possédant des propriétés curatives ou préventives à l'égard des maladies humaines ou animales. C'est un mélange de nombreuses espèces chimiques. Il contient un ou plusieurs principes actifs et des excipients. Remarque: Un médicament contient au moins une substance active possédant un effet thérapeutique Principe actif Un medicament générique contient la même substance active que le médicament original (princeps). Il se différencie par sa formulation.

19 Excipient Un excipient désigne toute susbtance autre que le principe actif dans un médicament. Principe actif + excipients = médicament Son addition est destinée à conférer au médicament certaines caractéristiques particulières (physique, gustatives, etc...) et le rendre plus efficace: - Assurer la mise en forme du principe actif pour le rendre administrable - Véhiculer le médicament jusqu'au site d'absorption. - Moduler la libération du principe actif dans l'organisme. - Améliorer la conservation. - Améliorer le goût du médicament (voie orale). Remarque: Les excipients doivent éviter toute interaction, particulièrement chimique, avec le principe actif. Exemples: L'eau, l'amidon, le saccharose. La cellulose ou l'amidon permettent de mettre en forme les comprimés secs. Le bicarbonate de sodium est un excipient utilisé pour fabriquer les cachets effervescents Formulation La formulation (ou mise en forme) du principe actif est choisie pour une meilleure assimilation de la molécule active. On appelle forme galénique la préparation prête à l'emploi sous laquelle se présente un médicament (comprimé, poudre, sirop, spray, gélule...) Exemple: Le paracétamol est disponible sous forme de comprimés (effervescents ou non), de sirop, de gouttes, de suppositoires ou de poudre en sachets. Activité: Bordas 2010, p62 Analyse de documents: Clopix, Clopidogrel Santix et Clopidogrel Pharmo Voir: C'est pas sorcier, les médicaments

20 12.2. Caractéristiques d'une espèce chimique La masse volumique La masse volumique d'une espèce, notèe ρ espèce, exprimée en kg.m -3, correspond au quotient de la masse de l'espèce sur son volume La densité La densité d'une espèce chimique (liquide ou solide), notée d espèce, sans unité, correspond au rapport de sa masse volumique par celle de l'eau. Simuler: masse volumique et densité Peut-on exploiter la différence de densité pour séparer des constituants? Voir: mélange liquides de différentes densités Les températures de changement d'états

21 On peut déterminer la température de fusion d'une espèce chimique avec un banc Kofler: une plaque de métal est chauffée électriquement de manière à obtenir une augmentation progressive de température, de la droite vers la gauche de la plaque. Un curseur démarque la séparation liquide / solide du produit. L'index mobile indique la température de fusion. Voir: déterminer la température de fusion avec un banc Kofler La solubilité On appelle solvant une espèce chimique dans laquelle on peut dissoudre d'autres espèce chimiques, appelées solutés. L'ensemble ainsi formé s'appelle une solution. La solubilité d'une espèce chimique est la masse maximale (en g) de cette espèce que l'on peut dissoudre dans un litre de solution. Elle s'exprime en gramme par litre (g.l -1 ) Exemple: La solubilité dans l'eau du chlorure de sodium à 20 C est de 360 g.l -1 Simuler: Solubilité du sel bonus Voir / Expérience: Faire flotter un oeuf

22 12.3. Extraction et séparation d'espèces chimiques Définition Une extraction consiste à extraire, c'est-à-dire prélever une ou plusieurs expèces chimiques d'un mélange Techniques d'extraction et de séparation La filtration: sépare les espèces liquides de celles solides par passage à travers un milieu filtrant. Expérience: AE n 8 Extraction du clou de girofle (voir act4 p65) L'hydrodistillation: (partie 1) La distillation permet de séparer les constituant d'un mélange liquide homogène dont les températures d'ébullition sont différentes. On porte à ébullition (vaporisation) un mélange d'eau et de substances naturelles, ici des clous de girofles, contenant le composé à extraire. La vapeur d'eau entraîne les huiles essentielles contenues dans le produit brut. Enfin, on condense (liquéfaction) ces vapeurs via un réfrigérant à eau. Voir: préparation extraction menthe Voir: hydrodistillation citron

23 L'extraction par solvant: le principe de ce type d'extraction consiste à ajouter un solvant qui va isoler un des constituant du mélange (échantillon contenant la substance à extraire), via une différence de phase non miscibles. La décantation: la quantité d'huiles essentielles étant très faible, il est difficile de les extraire directement. Il faut donc attendre, relativement longtemps, pour que la séparation des deux phases soit évidente. Expérience: AE n 8 Extraction du clou de girofle (suite) L'extraction par solvant: (partie 2) Remarque: Le choix du solvant se fait selon quatre critères: - L'état physique du solvant (le solvant doit être liquide à la température et pression du système). - La miscibilité du solvant (le solvant doit être non miscible à la phase qui contient initialement la substance à extraire). - La solubilité (le composé à extraire doit être très soluble dans le solvant). - La densité du solvant (pour connaître la position relative des phases finales). Voir: principe de la séparation par extraction liquide / liquide, CEA Lire/voir: Rappel fonctionnement ampoule à décanter Simuler: Extraction liquide-liquide ampoule à décanter Voir aussi les techniques suivantes: L'expression, l'évaporation, l'enfleurage, le relargage...

24 La chromatographie sur couche mince (CCM) Expérience: AE n 9 CCM On cherche à identifier l'eugénol présent dans notre distillat et le comparer aux huiles essentielles du commerce. Pour celà, on realise une CCM. La chromatographie est une méthode physique de séparation et d'identification des constituant d'un mélange liquide. Voir: principe de la CCM Simuler: CCM médicaments, ostralo.net Voir: CCM

25 Bonus

26 Bilan n 8 Travailler avec le livre: Bordas 2014 Activités p72-75 Cours p76-79 Résumé p79 Exercices p80-86 Documents complémentaires p87 Travailler avec le livre: Bordas 2010 Activités p62-65 Cours p66-69 Résumé p69 Exercices p70-74 Documents complémentaires p75

27 Chapitre 13. Les molécules présentes dans les médicaments Molécules et leurs représentations Rappel Une molécule est un édifice électriquement neutre formé d'un nombre limité d'atomes liés les uns aux autres. Pensez aux LEGO Formules des molécules Formule brute La formule brute d'une molécule est l'écriture la plus compacte décrivant la nature et le nombre d'atomes de cette molécule. Remarque: Pour écrire la formule brute, on écrit côte à côte les symboles des éléments présents dans la molécule, en précisant (en indice) le nombre d'atomes de chaque élément. Exemple: La molécule d'eau, de formule brute H 2 O Le Chloral, C 2 HCl 3 O

28 Liaisons covalentes Dans les molécules, les atomes mettent en commun des électrons de leur couche externe (règle du duet/octet). Les électrons mis en commun par deux atomes sont considérés comme appartenant à ces deux atomes. Une liaison covalente, notée -, correspond au lien (électromagnétique) entre deux atomes résultant de la mise en commun d'électron(s). La balle maintient les joueurs autour de la table... Exemple: H 2 Remarque: Suivant sa nature, un atome est lié aux autres atomes avec un nombre particulier de liaisons. Les liaisons entre atomes peuvent être simples, doubles ou triples. Exemple: CO Formule développée et semi-développée Dans la formule développée d'une molécule, toutes les liaisons sont représentées: un tiret pour simple, deux pour double et trois pour triple. Une formule semi-développée est obtenue en simplifiant une formule développée: on ne représente pas les liaisons engagées par les atomes d'hydrogéne.

29 Exemples: Activité: Bordas 2010, p84 Comment déterminer la formule développée d'une molécule à partir de sa formule brute? 1) Faire la liste des atomes qui interviennent dans la molécule. 2) Ecrire la structure électronique de chaque atome. 3) Déduire le nombre d'électrons périphériques. 4) Trouver le nombre de liaisons covalentes que chaque atome doit établir pour satisfaire la règle du duet ou octet. 5) Représenter tous les atomes avec des points qui symbolisent leurs électrons externes 6) Placer les liaisons covalentes de façon à ce que chaque atome établisse le bon nombre.

30 Molécules isomères Des molécules de même formule brute mais qui ont des enchaînements d'atomes différents sont dites isomères. Exemple : l'éthanol et Méthoxyméthane de formule brute C 2 H 6 O de formules semi-développées suivantes:h 3 C-CH 2 -OH et H 3 C-O-CH 3 Activité: Bordas 2010, p Représentation topologique Dans la formule topologique, l'enchaînement des atomes de carbone est figuré par une ligne brisée, mais les atomes de carbone et lesa tomes d'hydrogène qui leur sont liés ne sont pas représentés. Exemple: adrénaline Remarque: Cette formule est très largement utilisée en chimie lorsque les molécules sont complexes, comme pour les médicaments. Activité: Bordas 2010, p Modélisations des molécules Modèle moléculaire On peut modéliser les molécules par une construction composée de sphères (les atomes) liées par des tiges (les liaisons). Ces éléments sont disponibles dans les boites de modèle moléculaire.

31 Remarque: On distingue le modèle compact (à droite) du modèle éclaté (à gauche) Modèle 3D (logiciel) Grâce aux logiciels de modélisation moléculaire plusieurs types de représentation d'une même molécule peuvent être obtenus et observés en 3D sous plusieurs angles. Simuler: chemsketch Simuler: Jsmol Les groupes caractéristiques Définition Une molécule possède un groupe caractéristique si elle dispose d'au moins un atome qui n'est pas un atome de carbone ou d'hydrogène. Remarque: Un groupe caractéristique donne des propriétés chimiques particulières à une molécule.

32 Bilan n 9 Travailler avec le livre: Bordas 2014 Activités p90-93 Cours p94-97 Résumé p97 Exercices p Documents complémentaires p105 Travailler avec le livre: Bordas 2010 Activités p78-81 Cours p82-85 Résumé p85 Exercices p86-90 Documents complémentaires p91

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34 Chapitre 14. Fabrication de médicaments