Sciences pour se qualifier + 6 - Livre-cahier - Chapitre 2

SCIENCES

POUR SE QUALIFIER

TABLE DES MATIÈRES

THÈME 1

La Terre une planète habitée dans l’univers

UAA 16 – ÉVOLUTION DU VIVANT

JE ME SITUE

ACTIVITÉS

Activité 1 La vie sur Terre, une longue histoire

Activité 2 Des espèces disparaissent

Activité 3 … et de nouvelles espèces apparaissent

Activité 4 La sélection

Activité 5 La dérive des continents

Activité 6 Mutation, adaptation et sélection

Activité 7 La théorie de l’évolution, une somme d’arguments scientifiques

Activité 8 La lignée humaine et ses inconnues

Activité 9 La place de l’Homme dans la classification phylogénétique

RETENIR

THÈME 2

GLOBALES

La Lumière eT Le son nous permettent d’observer et de communiquer 54 UAA 17 – LES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

INTRODUCTION

JE ME SITUE

ACTIVITÉS

Activité 1 La lumière est une onde

Activité 2 Particularité des ondes électromagnétiques

Activité 3 Relation entre fréquence, longueur d’onde et vitesse

Activité 4 Spectre des ondes électromagnétiques

Activité 5 Actions et effets des ondes électromagnétiques

Activité 6 Principe de technologies utilisant les ondes électromagnétiques

RETENIR

3

organismes

UAA 18 – L’ÊTRE HUMAIN ET LES MICRO-ORGANISMES

INTRODUCTION 95

ACTIVITÉS 96

Activité 1 Dis-moi à quoi tu ressembles, je te dirai qui tu es 96

Activité 2 Micro-organismes, utiles ou dangereux ? 99

Activité 3 Les barrières naturelles de défense de l’organisme 107

Activité 4 Prévention et lutte contre les agents pathogènes 111

Activité 5 Réaction inflammatoire et plus si nécessité 118

Activité 6 « Les antibiotiques, c’est pas automatique ! » 124

Activité 7 La vaccination, tout un « programme » ! 128

Activité 8 Maladie, épidémie, pandémie 136

Activité 9 Les fermentations 138

À RETENIR 142

GLOBALES 143

THÈME 4

La maTière qui nous entoure 144

UAA 19 – OXYDANTS ET RÉDUCTEURS

INTRODUCTION 147

JE ME SITUE 148

ACTIVITÉS | PARTIE I - LES PILES 149

Activité 1 Conditions nécessaires au fonctionnement d’une pile 149

Activité 2 La réaction d’oxydoréduction 152

Activité 3 Différence entre une pile et un accumulateur 165

Activité 4 Utilisation des piles et des accumulateurs 173

ACTIVITÉS | PARTIE II - LA CORROSION DES MÉTAUX 183

Activité 1 Phénomène de corrosion 183

Activité 2 Notion moderne des acides et des bases 187

Activité 3 Comment protéger les métaux de la corrosion ? 191

RETENIR 196

GLOBALES

Activité

Activité

Activité

Activité

Énergie

L’énergie

non renouvelable

Transformations d’énergie dans une centrale productrice d’énergie électrique

Rendement d’une transformation énergétique

Activité 5 Combustibles et plastiques issus du traitement du pétrole

Activité

Impacts environnementaux associés aux différents types d’énergie

UAA 17 – LES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

SAVOIRS

Définir onde lumineuse, onde électromagnétique, diffraction, longueur d’onde

Décrire le spectre des ondes électromagnétiques, dont l'infrarouge, le spectre du visible et l'ultraviolet

Énoncer les particularités des ondes électromagnétiques, la vitesse de propagation des ondes dans le vide et la relation entre fréquence, longueur d’onde et vitesse

ATTITUDES

Protéger son capital auditif

Respecter les consignes de sécurité des laboratoires

Utiliser de manière appropriée et en toute sécurité l’équipement mis à disposition SAVOIR-FAIRE

Visualiser dans l’espace

Mettre en relation les éléments pertinents

Traiter et utiliser l’information

Communiquer en utilisant le vocabulaire spécifique et le langage adéquat

Schématiser un montage expérimental

Analyser et interpréter les résultats d’une expérience

Utiliser la relation mathématique λ × f = v

Décrire

situation

phénomène

même

base d’une

recherche

réception

INTRODUCTION

À la fin du xviie siècle, les scientifiques ont des conceptions différentes sur la nature de la lumière.

En 1687, le néerlandais Huygens dit : « La lumière est une onde ! »

En 1704, l’anglais Newton dit : « Non, la lumière est un flux de particules ! » L’autorité de Newton et l’incapacité de Huygens et de ses disciples à déterminer la valeur de la longueur d’onde de la lumière font que sa nature ondulatoire n’a pas été reconnue.

En 1801, la question est résolue par l’anglais Thomas Young : c’est une onde ! Il mesure la longueur d’onde de la lumière jaune par sa célèbre expérience dite « des deux fentes ». Mais cette expérience, très délicate à reproduire, ne convainc pas tout le monde et ce n’est que vers 1850 que la nature ondulatoire de la lumière sera unanimement acceptée. Cette expérience de Young est une expérience fondamentale dans la genèse de la mécanique quantique

Vers 1864, l’Écossais James Clerk Maxwell élabore une théorie générale des phénomènes électriques et magnétiques. Il prévoit l’existence des ondes électromagnétiques se propageant dans le vide à la vitesse d’environ 300 000 km/s, c’est-à-dire celle de la lumière. Il en déduit que l’onde lumineuse est une onde électromagnétique.

ÉditionsVANIN

Vingt ans après, vers 1886, l’allemand Heinrich Hertz vérifie expérimentalement l’existence de telles ondes et montre qu’elles obéissent aux lois de la réflexion et de la réfraction de la lumière.

En 1900, l’allemand Max Planck constate que l’énergie du rayonnement électromagnétique ne peut pas varier de façon continue, mais est quantifiée en « petits grains » qui seront ultérieurement appelés photons

Christiaan Huygens (1629-1695)

Isaac Newton (1643-1727)

Heinrich Hertz

James Clerck Maxwell (1831-1879)

JE ME SITUE

deux

Comment se propage

Trouve un exemple

choix.

Complète la légende du schéma suivant :

(s)

Définis la fréquence.

Quel est le lien entre période

réveil sonne,

n’ai pas envie de me lever,

le volume. Quel élément

pose un coussin sur le réveil pour

son a-t-on fait varier ?

Pourquoi fait-il

l’espace ?

Cite d’autres ondes que les ondes sonores.

ACTIVITÉS

LUMIÈRE EST UNE ONDE

Voyons comment prouver que la lumière est une onde de nature ondulatoire et corpusculaire. L’étude de la lumière est partie du concept de rayon lumineux se propageant en ligne droite (dans un milieu homogène) et des lois de la réflexion et de la réfraction. Mais la nature de ce rayonnement, émis par le Soleil et les objets incandescents (c’est-à-dire portés à une température élevée) reste mystérieuse.

Selon toi, quelles sont les caractéristiques d’une onde ?

La propagation des ondes s’étendant derrière les obstacles s’appelle la diffraction.

Une onde subit un phénomène de diffraction lorsqu’elle rencontre une ouverture ou un obstacle provoquant un changement de direction de sa propagation.

EXPÉRIENCE DE YOUNG

L’expérience des fentes de Young consiste à faire interférer deux faisceaux de lumière issus d’une même source en les faisant passer par deux petites fentes parallèles, larges de maximum 0,3 mm et distantes d’un millimètre environ, percées dans un plan. Une plaque photographique placée derrière un écran

enregistre la lumière issue des deux fentes.

Regarde les schémas ci-dessous afin de répondre aux questions.

⊲S’il y a une fente

Unefente

ExpériencedeYoungavecdesondes

Unefente

1 Comment agit la fente par rapport à la propagation des ondes ?

Deuxfentes

2 Si l’écran mesurait l’intensité de l’onde lorsqu’elle le touche, où obtiendrait-on une intensité maximale avec une fente ?

⊲S’il y a deux fentes

Deuxfentes

3 Comment se comportent les deux fentes par rapport à la propagation des ondes ?

se

4 Qu’obtient-on sur l’écran ?

On obtient une alternance de bandes colorées. Ces bandes sont appelées franges

5 À quoi correspondent ces bandes ?

ondes en phase : les ondes s’additionnent.

ondes déphasées de 180 degrés : les ondes se soustraient.

+ = + =

destructives

C’est le phénomène d’interférence.

6 Complète les phrases suivantes.

a. Si les ondes qui arrivent au même point sur l’écran sont en phase (même position en même temps), .

Nous parlerons d’interférence constructive.

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b. Si les ondes qui arrivent au même point sur l’écran sont en opposition de phase,

Nous parlerons d’interférence destructive, car de la lumière plus de la lumière peut donner de l’obscurité.

Résultat expérimental

7 Quelles caractéristiques retrouves-tu lorsque tu regardes ce qui se passe sur l’écran lors des expériences ?

L’existence de ces franges prouve que la lumière est une onde.

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Figures d’interférences par fentes de Young Grossissement de la figure (carré blanc)

Réponds aux questions après avoir

Effet photoélectrique

le DOC+ sur l’effet photoélectrique.

Une plaque métallique est composée d’atomes. Dans ces atomes, il y a des électrons qui sont en interaction avec les protons du noyau.

Si on expose cette plaque à certaines lumières de fréquence et de lon gueur d’ondes spécifiques comme, par exemple, la lumière ultraviolette, on peut arracher des électrons au métal et créer un courant électrique.

Appliquons cet effet à un électroscope :

On charge l’électroscope négativement. Dans ce cas, les lames chargées de même signe se repoussent et s’écartent.

On éclaire de lumière ultraviolette la partie supérieure de l’électroscope composée d’une plaque de zinc.

Que devrait-on constater ?

Propose une explication à ce phénomène.

Définis

Ce résultat est inexplicable dans le cadre de la théorie électromagnétique de Maxwell… Einstein relie le caractère ondulatoire de la lumière à son caractère corpusculaire.

Dans cette expérience,

ondes ou celles des

caractéristiques

interviennent sont-elles celles

À L’ESSENTIEL

PARTICULARITÉS DES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

Déterminons les caractéristiques des ondes électromagnétiques.

De la lumière arrive du Soleil et des autres étoiles après avoir traversé le vide intersidéral en transportant de l’énergie.

Pourquoi les ondes lumineuses ou électromagnétiques peuvent-elles se propager dans le vide ? Justifie.

Sciences pour se qualifi

Le premier à avoir mesuré la vitesse de la lumière est Galilée (xviie siècle).

En 1849, le français Fizeau, grâce à une expérience avec des roues dentées, calcule la vitesse de la lumière. Son résultat est assez proche de la réalité, pour l’époque.

Quand on parle d’ondes électromagnétiques, les scientifiques spécifient la distance parcourue durant une période : c’est la longueur d’onde (λ). longueur d'onde 360° amplitude longueur d'onde 360°

amplitude temps

2 Quelle est la vitesse de déplacement de la lumière dans le vide ?

X Une onde électromagnétique n’a pas besoin de milieu pour se propager.

X La d’une onde électromagnétique v dépend de la nature du milieu de propagation. Dans le vide, elle est égale à 3 . 108 m s

X La (λ) est la longueur d’une période d’une onde. Elle s’exprime en mètres (m).

activité 3 RELATION ENTRE FRÉQUENCE, LONGUEUR D’ONDE ET VITESSE

Déterminons la relation qui lie la fréquence, la longueur d’onde et la vitesse.

1 Observe le schéma et complète la phrase.

Si le nageur agite les bras plus vite, il y aura de vagues et la distance séparant deux vagues successives sera plus .

2 Complète en choisissant entre « longueur d’onde » ou « fréquence ».

Dans le modèle représenté ci-dessus, à quoi compare-t-on :

- le fait d’agiter plus vite les bras ? - la distance entre deux vagues successives ?

3 Complète les phrases suivantes.

- Si la fréquence augmente, la longueur d’onde . - Longueur d’onde et fréquence sont des grandeurs proportionnelles.

4 Réponds aux questions à partir du schéma.

longueur d’onde

cycle

(m)

a. Quelle est la fréquence de cette onde ?

Sciences pour se qualifier

b. Mesure, à l’aide de ta latte, la longueur d’onde de l’onde représentée.

c. Calcule la vitesse c de cette onde en m/s.

d. Détermine la formule de la vitesse d’une onde grâce à ton calcul.

Dans un four à micro-ondes, les ondes sont émises dans une enceinte fermée, sont réflé chies par les parois et se superposent, créant des ondes dites stationnaires. Au lieu de varier continuellement au cours du temps, le champ prend des valeurs nulles et maximales en certains points fixes.

Si tu places un aliment dans un four à micro-ondes, il se réchauffera plus vite aux endroits où la valeur du champ est maximale.

La distance entre deux pics est égale à une 1/2 longueur d’onde.

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5 Sur quel principe est basé le réchauffement des plats par un four à micro-ondes ?

6 À partir de cette explication, propose une hypothèse expliquant pourquoi les microondes possèdent des plateaux tournants.

7 Quelles sont les données dont nous avons besoin pour calculer la vitesse de l’onde ?

8 Note la fréquence qui se trouve sur la plaque signalétique à l’arrière d’un four à micro-ondes.

EXPÉRIENCE

D’une manière simple, mesure la vitesse d’une onde électromagnétique dans la cuisine à partir de chocolat, d’une assiette et d’un micro-ondes.

• Place une barre de chocolat sur une assiette

• Enlève le plateau tournant ou place-le à l’envers.

• Mets l’assiette dans le four à micro-ondes, puissance maximale, pendant 1 à 2 minutes.

1 Que constates-tu ?

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2 À quoi correspondent ces endroits ?

La distance entre deux maxima successifs correspond à une demi-longueur d’onde, puisqu’il y a deux maxima pour une période complète.

À L’ESSENTIEL

GRANDEUR

SYMBOLE DE LA

UNITÉ

SYMBOLE DE L’UNITÉ

partir

Calcule la longueur d’onde en m d’un

mouvement

Quelle est la fréquence en kHz

de fréquence 150 MHz.

à une longueur d’onde de 1,829 km ?

Une onde électromagnétique, dans le vide, a une fréquence de 5,5 × 1014 Hz. Détermine sa période et sa longueur d’onde.

Une onde électromagnétique, dans le vide, a une longueur d’onde de 6,2 × 10-7 m. Calcule sa fréquence et sa période.

Classons les ondes électromagnétiques selon leur effet.

On sait de quel type est une onde électromagnétique en connaissant seulement sa fréquence ou sa longueur d’onde.

Le spectre électromagnétique a été découpé en tronçons, chacun d’entre eux correspondant à un type particulier d’ondes électromagnétiques, comme sur le tableau ci-dessous.

Lis les informations ci-dessous et réponds aux questions.

ÉNERGIE

Dans notre quotidien, nous sommes entourés par de nombreux types de rayonnements visibles ou invisibles.

Un rayonnement désigne un processus d’émission ou de propagation d’énergie et de quantité de mouvement impliquant une onde, une particule.

Certains rayonnements sont dits ionisants, car ils émettent suffisamment d’énergie pour transformer les atomes qu’ils traversent en ions. Ce phénomène n’apparaît qu’en dessous d’une longueur d’onde de 10 nm, appelé seuil d’ionisation. Au-dessus

rayonnements

ionisants.

ce seuil, on parle

L

APPE

Il existe des sources naturelles de rayonnements ionisants telles que le sol, l’eau, l’air, la végétation. Les êtres vivants sont aussi exposés aux rayonnements naturels d’origine cos mique, en particulier à haute altitude.

L’exposition humaine aux rayonnements ionisants provient également des installations nucléaires, des usages médicaux pour le diagnostic ou le traitement.

Les rayonnements ionisants sont situés dans la gamme des fréquences les plus élevées du spectre électromagnétique.

1 Définis un ion.

2 À partir de quelle fréquence les atomes émettent-ils des rayons ionisants ? (voir tableau)

3 Cite d’autres exemples de sources artificielles de rayons ionisants.

4 Qu’appellera-t-on des rayonnements non ionisants ?

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Un atome instable après un contact avec un rayonnement ionisant va se stabiliser en émet tant différents rayonnements :

–en perdant des protons et des neutrons (rayonnement alpha (α)) ; –en transformant un neutron en protons et vice-versa (rayonnement bêta (β)) ; –en émettant des photons (rayonnements X et gamma (γ)).

Les moyens de s’en protéger diffèrent en fonction du rayonnement.

pénétration très faible

une simple feuille de papier est suffisante pour l’arrêter.

pénétration faible parcours de quelques mètres. une feuille d’aluminium de quelques millimètres peut l’arrêter. pénétration très Grande plusieurs centaines de mètres. une grande épaisseur de béton ou de plomb l’arrête.

mesure

usages

les dangers pour la santé

VA À L’ESSENTIEL

X Un rayonnement est une émission d’énergie et/ou

Slogan publicitaire

Pas de rayons sans raisons

X Ces rayons émettent suffisamment d’énergie pour transformer les atomes qu’ils traversent en ions. Les rayonnements ionisants libèrent de l’énergie sous forme d’ondes ou de particules.

Santé publique

activité 5 ACTIONS ET EFFETS DES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

Déterminons les effets biologiques des ondes électromagnétiques.

Les effets biologiques susceptibles d’être causés par les rayonnements varient selon le type de rayonnement et sa puissance.

1 Recherche sur Internet les effets sur le corps humain des ondes dont la fréquence est comprise entre 1 Hz et 10 MHz.

2 Recherche sur Internet les effets sur le corps humain des ondes dont la fréquence est supérieure à 10 MHz.

Rayonnement ultraviolet

1 Recherche sur Internet les différents types d’ultraviolet.

2 Recherche sur Internet la différence entre ces différents types de rayons.

En te basant sur l’expérience suivante, détermine l’effet de différents temps d’expositions aux UV sur la survie des levures

Dans chaque boîte de Pétri, il y a X colonies de levures. Une colonie contient environ 10 millions de levures.

• Place dans l’enceinte une première boîte dont on a enlevé le couvercle

• Ferme l’enceinte

• Déclenche le chronomètre et allume la lampe UV pendant 10 secondes.

• Répète l’opération avec une deuxième boîte pendant 20 secondes, avec une troisième pendant 30 secondes et avec une quatrième pendant 40 secondes. (La cinquième boîte n’est pas exposée et sert de témoin.)

• Retire les boîtes et remets leurs couvercles.

• Indique le temps d’exposition sur chaque boîte.

• Mets les boîtes à incuber pendant 5 à 7 jours à température ambiante.

• Observe les résultats obtenus.

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Lampe UV et boîtes de Petri

méthode

appelée

stérilisation

Définis la stérilisation par UV en complétant la phrase suivante.

stérilisation par rayonnement

une méthode reposant sur la sensibilité des micro-organismes à l’exposition aux longueurs d’ondes des

est l’utilité de la stérilisation ?

est le principal danger des rayons ultraviolets ?

ultraviolets

Lorsque les micro-organismes sont exposés aux rayons UV, ils deviennent incapables de se reproduire et perdent leur pouvoir d’infection.

Dans la pratique, l’exposition aux rayons UV permet aussi de détruire les contaminants chimiques tels que pesticides, solvants industriels et produits pharmaceutiques (procédé d’oxydation par UV).

7 Recherche s’il y a des effets bénéfiques du rayonnement ultraviolet sur le corps humain.

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Les rayons UV se situent à la limite entre rayonnements ionisants et non ionisants.

infrarouge

Place de la viande de bœuf hachée sous une lampe à infrarouge pendant une demi-heure.

Pique la sonde d’un thermomètre dans la viande.

Note la température toutes les 5 minutes et complète

Recherche sur Internet l’impact des rayons infrarouges sur la santé et leurs usages médicaux.

Cela fait des années que la chaleur « infrarouge » est utilisée en médecine et dans le domaine paramédical. Une étude a assimilé l’efficacité des rayonnements infrarouges à la pratique régulière du jogging en les jugeant équivalents.

Rayons X

Recherche sur Internet l’effet des radiographies par rayons X sur les patients.

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Radiographie

Micro-ondes

Les GSM émettent des micro-ondes dont les fréquences sont comprises entre 300 MHz et 3 GHz. Les ondes émises par la téléphonie mobile appartiennent donc à la même catégorie que les ondes émises par la TV analogique et numérique, la téléphonie sans fil, le Wifi…

1 Recherche sur Internet les dangers des ondes GSM.

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Pendant la guerre 1940-1945, on a constaté, dans les usines fabriquant les radars, que ceux-ci réchauffaient les mains des ouvriers y travaillant. Certains ouvriers utilisaient même cette propriété des micro-ondes pour chauffer leur thé. Après la guerre, il restait beaucoup de magnétrons destinés à la fabrication de radars dont on n’avait plus besoin. L’ingénieur américain Percy Spencer enferma ces ondes dans une boîte, en utilisant les magnétrons inutiles : le four à micro-ondes était né.

agitateur d’ondes guide d’ondes magnétron

cavité métallique

enceinte métallique

2 Recherche sur Internet le principe de fonctionnement des fours à micro-ondes.

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Les micro-ondes concernent les fours à micro-ondes, les radars de surveillance, les satellites…

3 Vérifie, par une recherche sur Internet, si les fours à micro-ondes sont sans danger sur la santé.

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DE TECHNOLOGIES UTILISANT LES ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

Étudions quelques technologies qui utilisent les ondes électromagnétiques.

Radar

L’acronyme RADAR vient de l’anglais RAdio Detection And Ranging, traduit en français par « détection et télémétrie radio ».

Technologies

Triangulation grâce aux radars ÉditionsVANIN

Le radar a été inventé par l’écossais Robert Watson-Watt en 1935 ; il devient opérationnel au début de la Seconde Guerre mondiale et sera amélioré au fil des combats. Après la guerre, il est adapté à la météorologie, l’astronomie, la navigation…

Un radar est constitué d’un émetteur générant des ondes électromagnétiques. Celles-ci sont par la suite captées par un récepteur, en général une antenne. Le récepteur amplifie les signaux reçus.

Le radar travaille avec une gamme d’ondes électromagnétiques proches de celles des micro-ondes.

1 Comment se propagent les ondes électromagnétiques ? À quelle vitesse ?

Dès qu’elles rencontrent une surface conductrice, elles sont en partie réfléchies et en partie réfractées.

rayon incident

rayon réfléchi

rayon réfracté

2 Comment le radar va-t-il mesurer la distance entre lui et un obstacle ?

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Si le récepteur ne reçoit en retour qu’une partie des ondes émises, on a la preuve qu’un obstacle se trouve quelque part dans la direction de propagation.

3 Pourquoi faut-il plusieurs radars pour déterminer la position exacte de l’obstacle ?

Caméra infrarouge

La thermographie est l’utilisation d’une caméra de mesure et d’imagerie infra rouge pour « voir » et « mesurer » l’énergie thermique émise par un objet. Notre œil ne perçoit pas les infrarouges, car leur longueur d’onde est trop grande.

Tous les objets émettent d’autant plus de rayonnements infrarouges qu’ils sont plus chauds.

Les caméras de thermographie infrarouge pro duisent des images colorées où chaque couleur correspond à une température.

1 Quel est le rôle d’une caméra infrarouge ?

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2 Dans quelles situations est-ce utile d’utiliser une caméra infrarouge ?

Inspection d'un équipement électrique par thermographie

Radiographie

Un faisceau de rayons X est émis en direction de la partie du corps humain à examiner.

Les rayons vont rencontrer des tissus, des muscles ou encore des os. Les rayons X traversent facilement les cavi tés de l’organisme contenant de l’air, mais sont arrêtés par les os, les dents… qui ont une densité plus importante. Pour les organes constitués de tissus mous, une partie des rayons incidents est absorbée par l’organe considéré.

1 Complète la phrase suivante.

La plaque photographique, située face à la source de rayons X et derrière le sujet, sera : exposée s’ils traversent des tissus mous ; exposée s’ils rencontrent des os ou des tissus denses.

En fonction de la densité de l’organe radiographié, le cliché sera plus ou moins noirci. Les structures osseuses apparaissent en blanc et les organes comme les poumons qui contiennent beaucoup d’air en noir. Entre les deux extrêmes, toutes les nuances de gris apparaissent.

La radiologie numérique fait appel à un amplificateur de luminescence qui recueille l’image. L’image est reprise par une caméra vidéo dont le signal est numérisé, puis stocké et traité par un système informatique.

2 Pourquoi les radiologues et techniciens en radiologie se mettent-ils à l’abri des rayons X ?

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3 Pourquoi conseille-t-on de limiter le nombre de radiographies ?

Scanner médical

Un scanner est indiqué lorsque la radiographie ne permet pas un diagnostic précis. Il utilise les rayons X selon le même principe que la radio graphie traditionnelle.

Si deux organes sont l’un derrière l’autre, les ombres des organes traversés par les faisceaux de rayons X sont confondues.

Le scanner résout ce problème en réa lisant des images de coupes fines sous différents angles. Il permet une visualisa tion en profondeur. Pour ce faire, au lieu d’être fixe, le tube générant les rayons X doit tourner autour du patient.

rotation

tube émetteur de rayon x en rotation alternée

anneau détecteurs (ou capteurs)

Schéma du principe de fonctionnement d’un scanner

Les différences d’absorption des rayons X par les tissus sont traduites en niveaux de gris. La procédure est numérisée et peut être enregistrée sur un support numérique. Il existe des scanners qui permettent de faire des reconstitutions en 3D.

Au cours de l’examen, un produit de contraste à base d’iode peut être injecté dans une veine d’un bras pour donner des images plus précises encore.

Imagerie par résonance magnétique (IRM)

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L’imagerie par résonance magnétique permet d’obtenir des images en 3D de tous les organes. L’IRM permet de voir les tumeurs, malformations présentes dans les différents tissus qui sont invisibles ou peu visibles sur une radiographie ou un scanner. Contrairement au scanner, l’IRM combine l’emploi d’un champ magnétique statique et d’ondes électromagnétiques.

La technique repose sur la propriété des noyaux des atomes d’hydrogène (protons) de se comporter comme de petites toupies aimantées dans certaines conditions. Ces atomes d’hydrogène sont présents partout dans notre corps, dans l’eau, dans les graisses… en quantités différentes sui vant les tissus.

Le principe de la résonance magnétique repose sur l’exploitation d’un champ magnétique 4000 à 60 000 fois plus fort que celui de la Terre de la manière suivante :

1) Sans champ magnétique, l’orientation des protons est aléatoire.

2)Soumis au champ magnétique très puissant fourni par le gros aimant en forme de tunnel, les protons s’orientent tous dans la même direction : les tissus concernés « s’aimantent ».

3)La résultante de toutes ces petites aimantations crée un nouveau champ magnétique « additionnel » qui s’oriente dans la direction du champ magnétique du gros aimant.

4)Une onde électromagnétique est alors brièvement appliquée au système (une impulsion qui perturbe l’alignement des protons). Ceci se fait de façon répétée.

À la fin de chaque impulsion, les protons reprennent leur position d’origine en émettant un signal dont la durée dépend de la concentration en eau des molécules environnantes, ce qui permet de distinguer les différents tissus.

5)L’appareillage est relié à des ordinateurs qui analysent les signaux et construisent des images des tissus ou des organes en 3D. L’analyse des images obtenues permet de repérer d’éventuelles anomalies dans les tissus étudiés.

En résumé :

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À RETENIR

X L’onde lumineuse est une onde électromagnétique qui correspond à la propagation d’une perturbation électromagnétique à travers l’espace.

X Une onde électromagnétique n’a pas besoin de milieu matériel pour se propager, elle peut se propager dans le vide.

X La vitesse d’une onde électromagnétique (v) dépend du milieu considéré. Dans le vide, elle est égale à 3 . 108 m/s.

X La longueur d’onde (λ) est la longueur d’une période d’une onde. Elle s’exprime en mètres (m).

X La période (T) représente le temps nécessaire pour que l’onde effectue un cycle complet. Elle s’exprime en secondes (s).

X La fréquence (f) est l’inverse de la période. Elle traduit le nombre de périodes par seconde. Elle s’exprime en hertz (Hz).

X La longueur d’onde, la fréquence et la vitesse de propagation d’une onde électromagnétique sont liées par la relation v = λ × f où :

GRANDEUR

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SYMBOLE DE LA GRANDEUR UNITÉ

SYMBOLE DE L’UNITÉ vitesse de la lumière v mètre par seconde m/s longueur d’onde λ mètre m fréquence f hertz Hz

APPLICATIONS GLOBALES

1 Coche la ou les bonne(s) réponse(s).

a. On trouve parmi les rayonnements électromagnétiques ionisants :

des rayons gamma

des ions

des rayons alpha

des rayons X

b. Quelle est la valeur de la vitesse de la lumière dans l’air ?

340 m/s

3 . 108 m/s

1,08 . 109 km/h

1,22 . 103 km/h

c. Quelle est la valeur de la vitesse de la lumière dans le vide ?

inférieure à la vitesse de la lumière dans l’air

supérieure à la vitesse de la lumière dans l’air

identique à la vitesse de la lumière dans l’air

d. Lors de la propagation d’une onde, il y a :  transport d’énergie sans transport de matière  transport de matière sans transport d’énergie  transport d’énergie et transport de matière

2 Remplis les cases du tableau suivant.

PÉRIODE T (s)FRÉQUENCE F (Hz)LONGUEUR D’ONDE λ (m)

2,4 x 1014

1,3 x 10–12

5,6 x 10–11

1,2 x 10–7

3 Quelle est la fréquence d’une radiation électromagnétique de longueur d’onde de 632,8 nm, dans le vide ?

4 Quelle est la longueur d’onde dans le vide d’une radiation électromagnétique de fréquence 5,64 . 1014 Hz ?