TP-TD Chaleur et corps humain

Introduction : L’être humain étant un mammifère, c’est donc un organisme à sang chaud. Sa température doit être constante, on le qualifie d’homéotherme. Seulement selon la température extérieure, ou l’effort, il existe des variations auxquelles notre corps doit s’adapter et génère aussi des échanges avec l’extérieur.  

Problème : Quels sont les échanges thermiques du corps avec son milieu ? Comment la chaleur corporelle est-elle créée ? Comment s’adapte l’organisme avec les variations du milieu ?

Objectifs

  • Représenter sur un schéma qualitatif les différents échanges d’énergie entre l’organisme et le milieu extérieur 
  • Utiliser des données quantitatives sur l’apport énergétique d’aliments dans un bilan d’énergie correspondant à des activités variées.
  • Compétences travaillées dans le TP (grille à la fin)

I- Bilan thermique corporel

1- Les différents thermomètres ont des avantages et des inconvénients dans la prise de la température du corps humain. D’après le document 1, pour votre bébé, quel thermomètre choisiriez-vous et pourquoi ?

Doc.1 : Etude comparative de différents thermomètres

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2- Identifier les principaux organes des compartiments central et périphérique et calculer la puissance thermique dégagée par chacun des deux compartiments (doc. 2 et 3).

Doc.2 : La puissance thermique du corps

Les organes génèrent de la chaleur ce qui est à l’origine d’un flux de chaleur allant de l’intérieur vers l’extérieur. La puissance thermique générée par organe permet de bien relater les différences de production de chaleur.

Organes % de corps  (masse de l’organe/masse de l’individu) x 100 Puissance thermique en Watt
Reins 0,45 7,7
Coeur 0,45 10,7
Poumons 0,90 4,4
Cerveau 2,1 16
Viscères 3,8 33,6
Peau 7,8 1,9
Muscles 41,5 15,7
Autres (os, …) 43 10

Doc.3 : Flux de chaleur au niveau d’un corps humain

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3- Montrer que la puissance thermique dégagée par chaque compartiment n’est pas proportionnelle au pourcentage de masse du corps.

4- Envisager quelles pourraient être les conséquences d’une variation thermique par rapport aux flux de chaleur.

II- La production de chaleur par le corps humain

1- D’après le doc 4 et la thermographie réalisée sur l’un de vous, expliquez comment la puissance thermique peut être modifiée.

Doc.4 : Puissance thermique et effort physique

Dans le compartiment périphérique, la production de chaleur dépend de l’importance des contractions musculaires. Dans les cellules musculaires, on estime que la moitié de l’énergie chimique (sous forme moléculaire d’ATP) est convertie en énergie mécanique permettant les contractions, l’autre moitié étant

perdue sous forme de chaleur.

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2- QCM (choisir la bonne réponse)

  1. D’après la thermographie, on peut affirmer que lors d’un effort physique : 
  1. la production thermique du corps reste stable
  2. La production thermique du corps augmente
  3. La production thermique chute
  4. Le rythme respiratoire est plus intense
  1. D’après les changements thermiques provoqués artificiellement, quelle adaptation ne correspond pas à votre observation : 
    1. Lors d’une température stable, la chaleur est répartie de façon homogène au niveau du corps
    2. Lors d’une baisse de température, on observe des variations thermiques de la peau
    3. Lors d’une hausse de température, on observe des variations thermiques de la peau
    4. Une baisse de température au niveau des mains peut provoquer une hausse de température au niveau de la nuque.

(devoir maison : toute la fin de ce TP-TD est noté en idevoir sur pronote sous la forme d’un QCM qui comptera pour le 2e trimestre)

Doc.5 : Production de chaleur

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Grâce à leur métabolisme (respiration ou fermentation), les cellules dégradent les nutriments et récupèrent ainsi l’énergie chimique qu’ils contiennent sous forme d’ATP (Adénosine Tri-Phosphate). Cependant, 60 % de cette énergie chimique est« perdue » sous forme de chaleur au cours du processus.

De plus, lors de son utilisation, une partie de l’énergie contenue dans l’ATP sera également dissipée sous forme de chaleur. Au final, c’est 80 % de l’énergie des nutriments qui est perdue sous forme de chaleur (schéma ci-contre).

La production de chaleur due aux activités métaboliques a lieu dans l’ensemble des organes, mais elle est particulièrement importante et constante dans les organes du compartiment central. Ainsi, même au repos, l’organisme consomme une quantité minimale de nutriments pour permettre le fonctionnement des organes vitaux et le maintien d’une température stable : c’est le métabolisme basal. Une personne adulte éveillée et assise dégage une puissance thermique d’environ 100 watts.

3-  D’après le doc. 5, expliquez comment le corps humain produit de la chaleur en permanence pour maintenir sa température malgré les déperditions thermiques(coup de pouce : analysez bien d’où provient l’énergie, c’est à dire dans quelles conditions elle est produite)

Doc.6 :Production thermique selon les nutriments.

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Rappel : Mole : nombre (toujours le même) de molécules. Ce nombre est 6,02 x 1023 : c’est le nombre d’Avogadro. 

4-  Calcul : A partir du document 6, Montrez que presque 40% de l’énergie a été dissipée sous forme de chaleur (retrouvez le calcul qui a été fait pour donner le commentaire à droite du tableau)

5- Calcul : De la même façon, retrouvez le pourcentage de chaleur produite à partir de lipides et celui obtenu à partir de protéines.

Doc.7 :  La transpiration

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6-  D’après le doc. 7, expliquez comment le corps humain se refroidit lors d’un exercice physique.

III- Bilan thermique

Doc.8 :Equilibre thermique humain et déséquilibres possibles 

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