Biophysique
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Ce que couvre le module de Biophysique
La biophysique applique les lois de la physique aux systèmes vivants : elle étudie les phénomènes physiques qui se déroulent dans l'organisme (circulation, respiration, échanges ioniques) et l'action des agents physiques externes (rayonnements, électricité, sons). Ce premier chapitre pose le vocabulaire des solutions électrolytiques — concentrations, mobilité, conductivité, diffusion — indispensable pour les exercices de calcul qui ouvrent presque tous les examens de S3.
La biophysique est l'étude des phénomènes physiques des constituants des êtres vivants et de l'action des agents physiques sur ces êtres vivants. Elle couvre trois axes : les phénomènes physiques internes (hémodynamique, mécanique respiratoire, équilibre acido-basique, potentiels membranaires), l'action des agents externes (rayonnements ionisants et non ionisants, champs électriques, ultrasons) et les méthodes physiques de diagnostic et de thérapie (radiographie, scanner, IRM, scintigraphie, radiothérapie). Historiquement, la discipline naît du dialogue entre médecine et physique : Ibn Al-Haytham fonde l'optique expérimentale et explique le fonctionnement de l'œil, Harvey puis Poiseuille étudient l'écoulement du sang, Röntgen découvre les rayons X en 1895 et Becquerel la radioactivité en 1896.
Une solution est un mélange homogène d'un solvant (constituant majoritaire, l'eau dans les milieux biologiques) et d'un ou plusieurs solutés. On distingue plusieurs concentrations : la concentration massique (g/L de solution), la concentration molaire ou molarité C = n/V (mol/L de solution), la molalité (mol/kg de solvant, indépendante de la température) et la concentration pondérale (g/kg de solvant). Pour les ions, on utilise en plus la concentration équivalente Céq = |z| × C (en Eq/L ou mEq/L), où z est la valence : une solution de CaCl2 à 1 mmol/L contient 2 mEq/L de Ca2+ et 2 mEq/L de Cl−. Dans tout liquide biologique, la somme des cations en mEq/L est égale à la somme des anions : c'est l'électroneutralité.
Objectifs : ce que tu sauras à la fin du module
- La biophysique étudie les phénomènes physiques du vivant et l'action des agents physiques (rayonnements, électricité) sur l'organisme.
- Molarité = mol/L de solution ; molalité = mol/kg de solvant ; C_éq = |z| × C en Eq/L.
- L'osmose est un flux d'eau vers la solution la plus concentrée à travers une membrane semi-perméable.
- Osmolarité = i × C ; i = 2 pour NaCl, 3 pour CaCl₂, 1 pour le glucose ; plasma ≈ 300 mOsm/L.
- La tension superficielle vient du déséquilibre des forces de cohésion à la surface ; σ en N/m ou J/m².
- Eau ≈ 72 mN/m à 20 °C ; σ diminue avec la température et avec les tensioactifs.
- L'angle de contact θ mesure la mouillabilité : θ < 90° mouillant, θ > 90° non mouillant (relation de Young).
- Viscosité = frottement interne du fluide ; η en Pa·s, diminue avec la température ; sang ≈ 3 à 4 mPa·s.
- Coulomb : E ∝ z₁z₂/(D r) ; l'eau (D ≈ 80) affaiblit fortement les interactions ioniques.
- Ion-dipôle en 1/r² : base de la solvatation des ions par l'eau.
- E = hν = hc/λ ; E (eV) ≈ 1 240/λ (nm) ; l'énergie croît des ondes radio aux rayons γ.
- Seuil d'ionisation ≈ 13,6 eV (hydrogène) : au-dessus, le rayonnement est ionisant.
Cours en ligne — chapitre par chapitre
Le cours de Biophysique (S3) est découpé en 8 chapitres rédigés, lisibles gratuitement en ligne et accompagnés de leurs PDF téléchargeables.
Les points clés à retenir en Biophysique
Résumé complet de Biophysique S3 : les 8 chapitres condensés en points essentiels (solutions électrolytiques, osmose, interfaces, viscosité, forces moléculaires, rayonnements, lumière-matière, membranes excitables), le vocabulaire et les pièges d'examen.
- Biophysique = phénomènes physiques du vivant + action des agents physiques externes + méthodes d'imagerie et de thérapie.
- Molarité C = n/V (mol/L de solution) vs molalité (mol/kg de solvant) ; concentration équivalente C_éq = |z| × C (mEq/L).
- Électrolyte fort (NaCl, HCl) → dissociation totale ; électrolyte faible (acide acétique) → dissociation partielle, α < 1.
- Osmose = passage du solvant à travers une membrane semi-perméable vers la solution la plus concentrée, jusqu'à la pression osmotique π.
- Osmolarité = i × C (i = 1 glucose, 2 NaCl, 3 CaCl₂) ; plasma ≈ 290–300 mOsm/kg, sérum physiologique ≈ 308 mOsm/L.
- Loi de van 't Hoff : π = i C R T ; pression oncotique des protéines plasmatiques ≈ 25 mmHg (équilibre de Starling).
- Tension superficielle σ (N/m ou J/m²) due au déséquilibre des forces de cohésion en surface ; eau ≈ 72 mN/m à 20 °C, diminue avec T et les tensioactifs.
- Loi de Laplace : ΔP = 2σ/R (une interface, goutte/alvéole) vs 4σ/R (bulle de savon, deux interfaces) ; petit rayon → forte surpression.
- Surfactant pulmonaire (DPPC) abaisse σ proportionnellement à la petitesse de l'alvéole → stabilise les alvéoles ; son déficit cause la détresse respiratoire du prématuré.
- Angle de contact θ (relation de Young σ_SG = σ_SL + σ_LG cos θ) : θ < 90° mouillant, θ > 90° non mouillant.
- Viscosité η (Pa·s, loi de Newton τ = η dv/dz) : eau ≈ 1 mPa·s, plasma 1,5–2 mPa·s, sang 3–4 mPa·s (non newtonien, effet Fåhræus-Lindqvist).
- Loi de Poiseuille : Q = πr⁴ΔP/(8ηL) → résistance en 1/r⁴ ; diviser le rayon par 2 multiplie la résistance par 16 (rôle des artérioles).
- Coulomb (ion-ion) en 1/r, la plus forte et la plus longue portée ; affaiblie ×80 dans l'eau (constante diélectrique D ≈ 80) → ponts salins.
- Ion-dipôle en 1/r² → solvatation des ions (sphère d'hydratation), plus forte pour Ca²⁺/Mg²⁺ que pour K⁺.
Le vocabulaire de Biophysique à connaître
- Osmolarité
- moles de particules dissoutes par litre de solution
- Tonicité
- effet d'une solution sur le volume cellulaire
- Tension superficielle
- force par unité de longueur à l'interface liquide-gaz
- Viscosité
- résistance d'un fluide à l'écoulement
- Nombre de Reynolds
- critère sans dimension laminaire/turbulent
- Van der Waals
- interactions dipolaires faibles en 1/r⁶
- Effet hydrophobe
- regroupement des groupements apolaires, d'origine entropique
- Rayonnement ionisant
- énergie suffisante pour arracher un électron (> 13,6 eV)
- Absorbance
- A = εlC, mesurée au spectrophotomètre
- Fluorescence
- émission de photon depuis un état singulet excité
- Potentiel de Nernst
- potentiel d'équilibre électrochimique d'un ion
- Conduction saltatoire
- propagation du potentiel d'action de nœud en nœud
Cours (14)
TD et exercices corrigés (8)
TP (1)
Examens et contrôles corrigés (4)
Rédigé par l'équipe Biologie Maroc
Biologie Maroc est une e-bibliothèque fondée en 2015 par Mohamed Nahli, biologiste diplômé des facultés des sciences marocaines. Les cours sont rédigés et relus à partir des programmes officiels des licences SVI, SVT et STU, et des cours magistraux confiés par des professeurs d'universités marocaines, publiés avec leur accord.
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