2-4 Le bilan thermique du corps humain

La température du corps est stable. Cette stabilité résulte d’un ensemble de flux présentés ici.

équilibre thermique corps/environnement

Les facteurs listés à gauche influent sur les sensations de froid ou de chaud. Les réactions du corps permettent d’atténuer ces sensations : l’évaporation/sudation permet d’évacuer de la chaleur (évaporation=réaction endothermique), la convection permet de renouveler l’air au contact de la peau (c’est ce que fait un ventilateur ou du vent), le rayonnement évacue de la chaleur par conduction. La conduction par le sol peut également être importante (carrelage froid)

Quelle est l’origine de l’énergie thermique produite par un être humain ?

A/ Puissance consommée par un humain 
puissance consommée par un corps humain (70kg, 1,70m)

Globalement, la puissance thermique libérée par un corps humain dans les conditions de vie courante, au repos, est de l’ordre de 100 W.

 

  • 1 W = 1 J.s-1
  • 1g de glucides ou de protides fournit 17,8 kJ
  • 1g de lipides fournit 40 kJ
  • rendement maximum 20%

Calculez en kJ l’énergie consommée pendant dix minutes de chacune des activités présentées ci-contre sachant que

énergie consommée = puissance × temps

  1. Calculez la fraction minimale de cette énergie qui sera dissipée en énergie thermique sachant que l’énergie dissipée sous forme thermique correspond à 80 % de l’énergie consommée.
 

Puissance en W

Énergie consommée en KJ

Fraction énergie thermique en KJ

Repos

100 W

   

Marche

     

Course cycliste

     

Debout

     

Course à pied

     

Brasse

     
B/ Substrats énergétiques et les voies métaboliques utilisées lors d’un exercice physique

Doc 2, 3 et 4 page 114

Mots à placer : d’acide gras, s’intensifie, respiration, réserves, glycogène, directement, fermentation, manque, substrats 

Le document 2 nous montre :

  •  l’existence de 3 types de substrats : glucides, acides gras et protides (ces derniers sont notamment utilisés en cas de jeûne prolongé).
  • l’existence de réserves énergétiques dans le corps : muscle, tissu adipeux…..

Le document 3 décrit  la variation de production d’acide lactique (en toute rigueur, il ne s’agit pas de production d’acide lactique mais de lactate). On constate : 

  • qu’au début de l’effort, la  fermentation est importante à partir de glucose pour mobiliser rapidement de l’énergie.
  • au milieu d’effort, il y a moins de fermentation, avec une prise de relais de la respiration grâce à un apport d’O2.
  • si l’effort est prolongé, il y a augmentation de la fermentation due au manque d’O2.

Le document 4 montre qu’au repos, seuls les substrats directement disponibles dans le sang sont utilisés. À l’effort, les substrats sanguins ne suffisent plus, les réserves disponibles de l’organisme comme le glycogène musculaire sont mobilisées.

Lors d’un effort de faible intensité, la proportion d’acide gras utilisée comme substrat est importante. Quand l’effort s’intensifie, la proportion d’acide gras utilisée diminue au profit de l’utilisation du glycogène.

Bilan

Le surpoids étant un excès de graisse, donc de tissus adipeux stockant des acides gras, il faut agir sur l’utilisation de ce substrat pour lutter contre ce stockage.

L’exercice physique permet de lutter contre le surpoids en favorisant l’utilisation des acides gras dans la respiration cellulaire. Cela est d’autant plus efficace que l’exercice physique est suffisamment long pour une oxydation complète (doc 3) et que l’intensité de l’exercice physique est modérée (doc 4)

C/ Variation de température corporelle des êtres humains
Réaction du corps en fonction de la température ambiante chez un individu au repos

La température du corps reste stable (homéothermie) parce que l’énergie qu’il diffuse (et qui le refroidit) est compensée par l’énergie produite par la respiration cellulaire ou les fermentations (c’est l’impact de l’ingestion de nourriture).

 

 

L’homéothermie n’est maintenue que dans certaines limites physiologiques : au delà, le corps seul n’est plus capable

Un exemple de mise en garde contre les risques de déshydratation/hyperthermie : le Parc National des Arches dans l’Utah.

  • Cette conférence sur la thermorégulation par J-J Hublin, paléoanthropologue au Collège de France (attention, durée 1h30) permet de comprendre en profondeur les impacts évolutifs de notre thermorégulation.

Doc 3 et 5 page 116 

Il existe plusieurs modes de perte et de gain d’énergie thermique pour un organisme par rapport à son milieu :

  • Le rayonnement qui peut représenter une perte ou un gain d’énergie thermique en fonction des IR du milieu.
  • La convection et l’évaporation qui représentent une perte d’énergie thermique vers le milieu.

Lorsque la température interne est trop élevée, l’organisme va produire de la sueur qui en s’évaporant à la surface de la peau consomme de l’énergie et permet d’abaisser la température de surface (à condition que l’air ambiant soit assez sec pour que l’évaporation soit possible).

Exercices d’applications

5p121 mort de Philipidès à Marathon, 6p121 effet du vent, 7p122 effet des vêtements, 8p122 flexions-extensions

L’épaisseur de la couche de graisse isolante d’une baleine boréale

Exercices interactifs

Vrai faux

Schéma interactifs

QCM


Savoir

La température du corps reste stable parce que l’énergie qu’il libère est compensée par l’énergie dégagée par la respiration cellulaire ou les fermentations.
Globalement, la puissance thermique libérée par un corps humain dans les conditions de vie courante, au repos, est de l’ordre de 100 W.

Savoir faire

  • 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.

Correction exercices

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