Physique pour les Sciences de la vie et de la santé
Cours et exercices corrigés

Sommaire et contenu du livre "Physique pour les Sciences de la vie et de la santé - Cours et exercices corrigés"

TABLE DES MATIÈRES Constantes physiques utiles XIII Remerciements XIV Avant-propos Chapitre 2. Propriétés des surfaces 3 1.1 Tension d'interface 3 1.1.1 Expériences élémentaires 3 1.1.2 Définition de la tension d'interface 4 1.1.3 Loi de Jurin 5 1.1.4 Loi de Laplace 6 1.1.5 Notion de surfactant 7 1.2 Physique d'une membrane 8 1.2.1 Membrane d'un globule rouge (GR) 8 1.2.2 Mesure de K et I.l à l'aide d'une micropipette 10 1.2.3 Membrane artérielle 11 1.2.4 À propos des artères et de la loi de Laplace 15 Exercices 16 Chapitre 3. Mécanique des fluides 19 2.1 Hydrostatique 19 2.1.1 Mise en équation 19 2.1.2 Interprétation physique 20 2.1.3 Surface libre d'un fluide 20 2.1.4 La poussée d'Archimède 21 2.1.5 Mesure d'une pression 22 2.2 Hydrodynamique 24 2.2.1 Loi de Bernoulli 24 2.2.2 Applications élémentaires 25 2.3 Régimes d'écoulement 28 2.3.1 Nombre de Reynolds 28 2.3.2 Exemple de la respiration 28 Table des matières 2.4 Notion de viscosité 30 2.4.1 Approche expérimentale 30 2.4.2 Approche théorique 31 2.4.3 Ordre de grandeur 31 2.5 Loi de poisseuille 32 2.5.1 Profil de vitesse dans un tube cylindrique 32 2.5.2 Débit volumique 33 2.5.3 Conséquences physiques 34 2.6 Résistance hydraulique 34 2.6.1 Analogie électrique 34 2.6.2 Application au système circulatoire 35 2.7 Particule sphérique dans un fluide visqueux 36 2.7.1 Effet de la gravitation 36 2.7.2 Cas d'un écoulement de Poiseuille 36 2.8 Équation de Navier-Stokes 37 2.8.1 Notion d'accélération convective 37 2.8.2 Équation de Navier-Stokes 38 2.8.3 Application à la modélisation de l'athérosclérose 39 2.8.4 Interprétation du nombre de Reynolds 40 2.9 Propriétés d'un fluide newtonien 41 2.9.1 Définition d'un fluide newtonien 41 2.9.2 Contrainte et déformation 42 2.10 Fluides non-newtoniens 44 2.10.1 Comportement non-linéaire 44 2.10.2 Fluide de Bingham 45 2.10.3 Cas du sang 45 2.10.4 Viscoélasticité du sang 47 Exercices 50 Chapitre 4. Mécanique 53 3.1 Cinématique 53 3.1.1 Repérage dans l'espace et dans le temps 53 3.1.2 Systèmes de coordonnées 54 3.1.3 Vitesse et accélération 54 3.2 Dynamique 55 3.2.1 Référentiels galiléens 56 3.2.2 Relation fondamentale de la dynamique 56 3.3 Énergie 57 3.3.1 Notion de travail 57 3.3.2 Théorème de l'énergie cinétique 58 3.3.3 Énergie potentielle et énergie mécanique 59 3.4 Moment cinétique 3.4.1 Définition 3.4.2 Théorème du moment cinétique 3.4.3 Rotation autour d'un axe fixe 3.5 Oscillations 3.5.1 Oscillateur harmonique 3.5.2 Oscillations amorties 3.6 Applications 3.6.1 Bases de la locomotion 3.6.2 Moment cinétique et corps humain 3.6.3 Modèle des plis vocaux Exercices Chapitre 5. Thermodynamique 4.1 Applications des deux principes 4.1.1 Premier principe 4.1.2 Second principe 4.1.3 Approche statistique 4.1.4 Potentiels et fonctions thermodynamiques 4.2 Transferts thermiques 4.2.1 Définitions 4.2.2 La conduction thermique -Loi de Fourier 4.2.3 Équation de la diffusion thermique 4.2.5 Résolution de l'équation de diffusion en régime stationnaire 4.2.6 Convection thermique. Loi de Newton 4.2.7 Analogie électrique 4.3 Rayonnement 4.3.1 Caractéristiques du rayonnement thermique 4.3.2 Définition et propriétés du corps noir 4.3.3 Rayonnement d'une surface réelle 4.3.4 Corps noir dans une enceinte 4.3.5 Constante solaire 4.3.6 Absorption par les molécules atmosphériques 4.3.7 Nécessité de l'effet de serre Exercices Chapitre 6. Interaction matière rayonnement 5.1 Les ondes électromagnétiques 5.1.1 Définitions et propriétés 5.1.2 Applications de la polarisation 5.1.3 Notion d'indice 5.1.4 Notion d'épaisseur de peau 5.1.5 Énergie électromagnétique Table des matières 60 60 61 61 63 63 64 65 65 69 70 72 77 77 77 79 81 83 85 85 85 86 88 88 90 91 91 92 95 95 97 97 98 99 103 103 103 108 III 113 116 5.2 Processus d'interaction avec les milieux biologiques 119 5.2.1 Introduction 119 5.2.2 Modélisation de l'interaction 119 5.2.3 Conséquences des phénomènes de polarisation 123 5.3 Modélisation quantique 127 5.3.1 Introduction à la mécanique quantique 127 5.3.2 Absorption et diffusion des photons en infrarouge 129 5.3.3 Diffusion 133 5.3.3 Cas du rayonnement X 135 5.3.4 Cas du rayonnement gamma 140 5.3.5 Comparaison des différents processus dans les tissus 141 Exercices 142 Chapitre 7. Sources de rayonnement 145 6.1 Faisceau d'électrons 145 6.1 .1 Extraction des électrons d'un métal 145 6.1.2 Accélération des électrons 146 6.1.3 Déviation d'un faisceau 147 6.2 Sources de rayons X 147 6.2.1 Spectre d'émission X 147 6.2.2 Applications 151 6.2.3 Rayonnement synchrotron 152 6.3 Sources de particules lourdes 154 6.3.1 Intérêt thérapeutique 154 6.3.2 Formule de Bethe-Bloch 155 6.4 Sources radioactives 156 6.5 Rayonnement LASER 157 6.5.1 Origine 157 6.5.2 Propriétés du rayonnement 158 6.5.3 Classification des lasers 159 6.5.4 Exemples d'utilisations 160 Exercices 163 Chapitre 8. Radioactivité 165 7.1 Phénomènes de radioactivité 165 7.1 .1 Définitions 165 7.1.2 Radioactivité alpha 165 7.1.3 La radioactivité bêta 166 7.1.4 Capture électronique 166 7.1.5 Radioactivité gamma 167 7.1.6 Conversion interne 168 7.2 Quantification de la radioactivité 7.2.1 Notion d'activité 7.2.2 Loi de décroissance radioactive 7.2.3 Période radioactive 7.2.4 Période biologique 7.3 Applications à l'imagerie médicale 7.3.1 Scintigraphie 7.3.2 Tomographie par émission de positon (TEP) 7.4 Radiothérapie 7.4.1 Rayonnements ionisants 7.4.2 Curiethérapie 7.5 Atténuation d'un rayonnement 7.5.1 Pouvoir de pénétration 7.5.2 Coefficient d'atténuation 7.5.3 Transfert linéique d'énergie 7.5.4 Notion de kerma 7.6 Dosimétrie des rayonnements ionisants 7.6.1 Dose équivalente et dose efficace 7.6.2 Exposition aux rayonnements ionisants Exercices Chapitre 9. Optique 8.1 Optique géométrique 8.1.1 Principe de Fermat et Lois de Descartes 8.1.2 Formules de conjugaison 8.1.3 Instruments élémentaires 8.1.4 Cas de l'œil 8.1.5 Utilisation d'impulsions laser 8.2 Optique ondulatoire 8.2.1 Interférences lumineuses 8.2.2 Diffraction de Fraunhofer Exercices Chapitre 10. Acoustique 9.1 Équation de propagation 9.1.1 L'approximation acoustique 9.1.2 Vitesse de propagation 9.1.3 Utilisation de J'équation d'Euler 9.1.4 Solutions de l'équation de propagation 9.1.5 Phénomène d'atténuation 9.1.6 Notion d'impédance 9.1.7 Cas d'un milieu solide Table des matières 168 168 169 170 171 172 172 172 173 173 175 176 176 177 178 179 180 180 181 183 187 187 187 189 191 195 197 199 199 204 211 217 217 217 219 219 221 223 225 227 9.2 Applications 229 9.2.1 Domaines de fréquence 229 9.2.2 Speckle 229 9.2.3 Échographie Doppler 229 9.204 Destruction par ultrasons 232 Exercices 236 Chapitre 11. Électrocinétique 239 10.1 Électrocinétique 239 10.1.1 Caractéristiques d'un courant électrique 239 10.1.2 Production d'un courant électrique 241 10.1.3 Loi d'Ohm 242 10.104 Dipôles électriques 243 10.1.5 Approximation des régimes quasi-stationnaires (ARQS) 244 10.1.6 Réseaux linéaires en régime continu 245 10.1.7 Régime transitoire 249 10.2 Régime sinusoïdal 252 10.2.2 Tension aux bornes d'un dipôle 252 10.2.3 Notion d'impédance 253 10.204 Modèle de Windkessel 257 Exercices 259 Chapitre 12. Électrostatique-Magnétostatique 263 11.1 Électrostatique 263 11.1 .1 La charge électrique 263 Il.1.2 Force électrostatique 264 11.1.3 Champ électrostatique 265 11.1 A Potentiel électrostatique 266 Il.1.5 Relation entre le champ et le potentiel 268 11.2 Formule de Nerst-Planck 269 Il.2.1 Notion de diffusion 269 Il.2.2 Formule de Nernst-Planck 270 11.3 Application aux membranes 272 11.4 Notion de dipôle 275 11 04.1 Dipôle électrostatique 275 1104.2 Source dipolaire de courant 278 1104.3 Application à l'électrocardiogramme 280 11.5 Énergie d'interaction 281 Il.5.1 L:interaction dipôle-dipôle (interaction de Keesom) 281 Il.5.2 Effet d'induction (force de Debye) 282 Il.5.3 L:effet de dispersion ou force de London 282 Il.504 Modélisation d'une énergie potentielle 282 11.6 Magnétostatique 11.6.1 Formule de Biot et Savart 11.6.2 Propriétés du champ magnétique l 1.6.3 Dipôle magnétique 11.6.4 Applications Exercices Chapitre 13. Imagerie 12.1 Radiographie 12.1.1 Principe 12.1.2 Remarque importante 12.2 Tomographie par rayons X 12.2.1 Principe 12.2.2 Détecteur à scintillation 12.3 Tomographie par émission de positons (TEP) 12.4 Scintigraphie 12.4.1 Principe 12.4.2 Gamma caméra 12.5 Imagerie par résonance magnétique (I.R.M) 12.5.1 Éléments de R.M.N 12.5.2 Application à l'Imagerie par Résonance Magnétique (Nucléaire) Exercices Solutions des exercices Bibliographie Index 283 283 284 285 286 287 291 291 291 292 294 294 296 296 297 297 297 297 297 301 309 313 345 347