Annales de Biophysique (UE3 A) -...

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Annales de Biophysique (UE3 A) - Chronologique

Table des matières

Présentation de la Biophysique (UE3A) ............................................................................................................................ 2

Conseils pratiques et méthodologiques pour la Biophysique .......................................................................................... 3

Etats de la matière et leur caractérisation ...................................................................................................................... 5

Les très basses fréquences du spectre électromagnétique .......................................................................................... 15

Rayons X et Gamma – Rayonnements particulaires ..................................................................................................... 27

Méthode d’étude en électrophysiologie jusqu’à l’ECG ................................................................................................. 37

Le domaine de l’optique ................................................................................................................................................ 43


Présentation de la Biophysique (UE3A)

L’UE3A (Organisation des appareils et des systèmes : bases physiques des méthodes d’exploration), constitue

la première partie du programme de Biophysique en PACES. La seconde partie ne sera vue qu’au second semestre.

Elle est composée de 20 questions, sous forme de Questions à Choix Simple (QCS) ou de Questions à

Combinaison de Réponses (QCR) selon les chapitres. La durée totale de l’épreuve est de 1h30.

Pour information, les coefficients de l’UE3A sont les suivants :

Indifférencié Médecine/Kinésithérapie Odontologie Pharmacie Sage-Femme

2,5 3 2,5 2 1,5

(Retrouvez plus d’informations concernant l’UE3A sur le site, en cliquant sur l’intitulé de la catégorie « UE3A » dans le menu du haut).

La Biophysique se décompose en 5 grandes catégories :

- Etats de la matière et leur caractérisation (3 à 4 questions, selon les années) : étude détaillée de

la matière, dans tous ses états (gaz, liquide, solide). Les aspects thermodynamiques et chimiques de l’énergie

seront également abordées, avec notamment des notions d’enthalpie, d’entropie, de travail, de chaleur, etc,

à maitriser. Enfin, il y aura une partie sur les compartiments liquidiens, où le comportement de liquides sera

étudié dans diverses situations.

- Les très basses fréquences du spectre électromagnétique (4 à 5 questions, selon les années) :

étude des très basses fréquences du spectre électromagnétique et plus particulièrement des méthodes

d’imagerie médicale par résonance magnétique y correspondant.

- Rayons X et Gamma – Rayonnements particulaires (4 à 5 questions, selon les années) : étude

des hautes fréquences du spectre électromagnétique et plus particulièrement des méthodes d’imagerie

médicale (radiographie, scanner, échographie, etc) et de thérapie y correspondant. Les notions de

radioprotection et des effets de ces rayonnements sur l’organisme seront également largement abordés.

- Méthodes d’étude en électrophysiologie jusqu’à l’ECG (2 à 3 questions, selon les années) :

études détaillée des phénomènes électriques et électrochimiques qui se produisent dans les cellules ou les

tissus des organismes vivants. Ainsi, les bases de l’électrophysiologie seront vues, jusqu’aux notions plus

complexes, notamment le fonctionnement de l’électrocardiographie.

- Le domaine de l’optique (6 à 7 questions, selon les années) : étude physique de la lumière et de ses

propriétés. Cette partie est divisée en sous-catégories : l’optique géométrique (déjà abordée au lycée) et

l’optique quantique/physique.


Conseils pratiques et méthodologiques pour la Biophysique

Une des principales difficultés de cette UE réside sur la proportion non négligeable de calculs qu’elle

contient. Certains peuvent être assez « gros » et ne laissent passer aucune erreur d’inattention. Le tout

sans calculatrice. Cependant, nul besoin d’être un champion en maths : le succès passe d’abord par un

entraînement rigoureux et régulier. Faites et refaites les exercices-types afin qu’ils deviennent des

automatismes.

Parallèlement aux calculs et à l’entraînement avec des exercices, il ne faut pas oublier que la réussite de

cette UE implique aussi une connaissance parfaite du cours. Cela semble logique, mais sans cela,

impossible de bien résoudre les différents exercices. Pour résumer, l’UE3 est une matière où la pratique

est intiment liée à la théorie.

Bien sûr comme partout ailleurs, l’assistance aux cours est indispensable, puisque les professeurs vont

partir des notions de base puis suivre un raisonnement logique, jusqu’à la résolution d’exercices de plus

en plus complexes.


Etats de la matière et leur caractérisation

Décembre 2010

Question 1.

Soit Cv la chaleur spécifique à volume constant et Cp la chaleur spécifique à pression constante d’un gaz. On notera

Tv la transformation à volume constant et Tp la transformation à pression constante.

Quelle es la proposition exacte ?

A. Les chaleurs spécifiques sont des fonctions d’état.

B. La valeur de Cv est inférieure celle de Cp car le travail est nul au cours de la transformation Tp.

C. La valeur de Cv est inférieure à celle de Cp donc une même quantité de chaleur augmente plus la température

dans la transformation Tv que dans la transformation Tp.

D. La valeur de Cv est inférieure à celle de Cp donc pour obtenir une même température finale, il faut apporter

moins de chaleur dans la transformation Tp que dans la transformation Tv.

E. Dans le cas des gaz parfaits, Cv et Cp sont égaux.

F. Au cours de la transformation Tp, la chaleur est égale à la variation d’énergie interne du système.

G. Au cours de la transformation Tp, le travail est égal à la variation d’énergie interne du système.

Question 2.

Un autocuiseur, de volume V = 15 litres, est rempli à la température t = 24°C d’une masse d’eau meau, et d’air sous

une pression Pi de 105 Pascal. On le ferme, et on porte sa température à 120°C (état final). On considérera qu’il y a

assez d’eau pour éviter l’évaporation complète de l’eau.

A. Si l’on considère l’air comme un gaz parfait, sa pression Pf à 120°C est approximativement de 5.105 Pascal,, ce

qui correspond à un rapport Pf / Pi = 120/24.

B. La pression de vapeur (vapeur d’eau) est la pression de vapeur saturante, à l’équilibre.

C. La pression totale est la somme de la pression de l’air et de la pression de vapeur sèche.

D. A la température de 120°C, il n’y a plus de différence évidente entre vapeur d’eau et eau liquide, on parle alors

de fluide supercritique.

E. A l’équilibre, la pression de vapeur sèche est égale à la pression de vapeur saturante.

F. Si la valeur de la pression de vapeur saturante de l’eau (notée Pvs) est donnée par l’expression : Pvs = (t / 100)4

[unité de Pvs en atmosphère, si t en °C], alors à 120°C Pvs est inférieure à 105 Pascal.

G. Le couvercle étant fixe, la transformation est adiabatique.



Question 3.

Au sujet de la pression osmotique d’une solution, notée п, quelle est la proposition fausse ?

A. La mesure de la pression osmotique п d’une solution fait intervenir une membrane perméable à l’eau.

B. П se manifeste par une différence de pression hydrostatique, véritable pression mécanique susceptible

d’entraîne une rupture de la membrane sur laquelle elle s’exerce.

C. П se manifeste par une différence de pression hydrostatique qui, à l’équilibre, annule le flux volumique net à

travers la membrane.

D. П permet de traduire une différence d’osmolalité efficace, par une différence de pression hydrostatique.

E. Les solutés non osmotiquement efficaces exercent une pression osmotique négative sur la membrane.

F. La mesure de п s’applique de préférence aux solutés macromoléculaires osmotiquement efficaces, en faible

concentration molale.

G. La mesure de п s’applique de préférence aux solutés macromoléculaires osmotiquement efficaces, pour

lesquels la membrane est imperméable.

Question 4.

On mesure chez un malade alité une température centrale égale à 38,7 °C vers 8h du matin.

Quelle est la combinaison de toutes les propositions exactes ?

1. Ce malade a de la fièvre.

2. Ses thermorécepteurs centraux sont inactivés.

3. Des frissons pendant toute la nuit précédente ont pu faire augmenter sa température.

4. Sa température centrale ne présente plus de variation circadienne.

5. L’hypothalamus antérieur est fortement activé.

6. Sa température de consigne est augmentée par rapport à 37°C.

7. Sa température rectale est plus basse que sa température cutanée.

A : 1 + 2 + 7 B : 5 + 6 + 7 C : 3 + 4 + 7 D : 2 + 4 + 6

E : 1 + 3 + 6 F : 2 + 3 + 5 G : 4 + 5 + 6



Décembre 2011

Question 1.


1. Les homéothermes ont un métabolisme élevé, constant et indépendant des conditions de température

extérieure.

2. L’hypothalamus antérieur est spécialisé dans la lutte contre le chaud.

3. Chez la femme, la température centrale pré-ovulatoire est légèrement plus élevée qu’en phase post-

ovulatoire.

4. Chez le nourrisson, le tissu adipeux brun est spécialisé dans la production de chaleur.

5. Au repos, les muscles produisent toute la chaleur nécessaire au maintien de la température centrale.

6. Les glandes sudoripares peuvent produire un litre de sueur par heure pour lutter contre le chaud par

évaporation.

7. Pour se refroidir le corps humain produit un rayonnement dans l’ultraviolet.

A : 1 + 2 + 7 B : 5 + 6 + 7 C : 3 + 4 + 7 D : 2 + 4 + 6

E : 1 + 3 + 6 F : 2 + 3 + 5 G : 4 + 5 + 6

Enoncé commun aux Questions 2. et 3. :

Soit un mélange gazeux contenant 5 moles d’O2 et 5 moles de N2 (assimilé à un gaz parfait), dans un ballon

étanche à paroi souple (volume variable), de volume initial Vi de 250 litres, à la pression initiale Pi de 105 Pa, et à

la température initiale Ti de 27°C. On immerge ce ballon dans l’eau, et on l’amène à une profondeur finale h de 10

mères, assez lentement pour qu’on puisse considérer la transformation dans le ballon réversible. Les paramètres

de ce mélange son alors modifiés, et sa pression finale Pf peut être facilement calculée si l’on admet que la

pression hydrostatique augmente de 100 Pa par cm de colonne d’eau. On notera Vf, la valeur finale du volume du

ballon.

Question 2.

Quelle est la proposition exacte ?

A. Dans ces conditions particulières (notamment transformation réversible) la variation d’énergie interne ∆U

dans le ballon est nulle.

B. La pression partielle d’oxygène finale Pf.O2 est égale à la pression totale initiale Pi.

C. Le travail exercé sur ce ballon peut être calculé à partir de l’expression : W = nRT.ln (Vf/ Vi).

D. Si la transformation est adiabatique, la température est constante.

E. Si la profondeur h était nettement plus élevée, la pression osmotique serait telle qu’il y aurait un risque de

rupture de la paroi.

F. Le mélange peut être assimilé à un gaz parfait car les forces intermoléculaires de répulsion sont supérieures

aux forces d’attraction.



Question 3.

Sur le diagramme (P, V) ci-dessous, on a représenté plusieurs « chemins » possibles entre l’état initial (Pi, Vi) et

l’état final (Pf, Vf) du système décrit plus haut.


A. Les 3 chemins représentés sur la figure ayant les mêmes points de départ et d’arrivée, la chaleur échangée

durant ces transformations est identique.

B. Pour calculer le travail W sur le chemin B, on peut se limiter à sa partie verticale, la 1ère partie (horizontale)

se faisant à travail nul.

C. La température finale est identique pour les 3 chemins représentés.

D. Si la température finale est égale à la température initiale, alors la transformation est isotherme.

E. L’énergie cinétique finale des molécules de gaz est supérieure lors de la transformation représentée par le

chemin C.

F. Si l’on représentait les transformations dans un diagramme (P, T), il n’y aurait plus de partie horizontale pour

décrire le chemin B.



Question 4.

Soit deux compartiments A et B séparés par une membrane dialysante, et contenant des solutions de

concentrations osmolales efficaces respectives Cosm,A et Cosm,B. Le solvant est de l’eau, à une température

constante de 27°C.

Quelle est la proposition fausse ?

A. Si les volumes des compartiments A et B sont constants, les flux de diffusion et de convection de l’eau à

travers la membrane se compensent.

B. S’il existe une différence de pression hydrostatique entre les compartiments A et B, les flux de diffusion et de

convection de l’eau à travers la membrane ne peuvent plus se compenser.

C. A l’équilibre, le flux volumique net à travers la membrane est toujours nul.

D. Si Cosm,A est supérieure à Cosm,B , alors le flux osmotique est dirigé du compartiment B vers le compartiment A.

E. Les concentrations osmolales efficaces pourraient être différentes si la membrane était plus perméable au

soluté.

F. L’équilibre est modifié si l’on élève la température car la diffusion est une fonction croissante.



Décembre 2012

Question 1.

Soit Q la chaleur nécessaire pour faire subir à x moles d’eau les diverses transformations (changement de

température et de phase) suivantes, sous une pression atmosphérique considérée constante :

- Etape 1. Passage de l’état solide à la température de -10°C.

à l’état liquide à la température de 0°C.

- Etape 2. Passage de l’eau liquide de la température de 0°C à la température de 100°C.

- Etape 3. Passage de l’état liquide à la température de 100°C

à l’état de vapeur à la température de 100°C.

On donne :

- Chaleurs spécifiques massiques de l’eau liquide (cliq) et solide (csol) :

cliq = 4,18.103 J.kg-1.K-1 cliq = 2,06.103 J.kg-1.K-1

- Chaleurs latentes de fusion (Lf) et de vaporisation (Lv) de l’eau :

Lf = 330.103 J.kg-1 Lf = 2250.103 J.kg-1

- Masse molaire de l’eau : MH20 = 18 g.mol-1


A. Dans l’étape 1, la chaleur Q2 nécessaire à la fusion des x moles d’eau) 0°C est du même ordre de grandeur

que la chaleur Q1 nécessaire pour les chauffer (sous forme d’eau solide) de -10 à 0°C.

B. L’étape 3 est nettement la plus consommatrice de chaleur, chaleur latente nécessaire au réarrangement des

atomes lors du changement de phase liquide-vapeur.

C. Si x = 100/18, alors la chaleur nécessaire à l’étape 2 est de 41800 J.

D. Si x = 100/18, alors la chaleur nécessaire à la fusion (cf. l’étape 1) est de 33 kJ.

E. Dans ces étapes, la chaleur est positive car on fournit de la chaleur au système.

F. L’évaporation de x moles d’eau (transpiration) est plus efficace pour lutter contre la chaleur du corps

(humain), que la fonte de x moles de glace à 0° au contact du corps.

G. Si l’on prend non pas x moles, mais 2 x moles d’eau, la quantité de chaleur totale nécessaire, grandeur

extensible, ne serait plus Q, mais 2 Q.



Question 2.

L’équation de van der Waals, équation d’état approchée pour les gaz réels, s’écrit de la manière suivante pour une

mole :

(P +𝒂

𝑽²) (V – b) = RT ; avec P la pression, V le volume et T la température absolue ; les paramètres positifs a et b sont

déterminés expérimentalement et dépendent du gaz considéré, ils permettent une correction tenant compte du

volume des molécules d’une part, et introduisant un terme d’interaction simple d’autre part.

En effet :

- Le modèle des gaz parfaits ignore le fait que les molécules possèdent un volume propre ; le paramètre b,

appelé covolume, représente le volume propre des molécules d’une mole de gaz.

- Des interactions autres que les simples chocs élastiques du modèle des gaz parfaits existent entre les

molécules ; le terme a/V² rend compte du caractère attractif des molécules du gaz entre elles.


A. Le paramètre b est d’autant plus important à prendre en compte que le volume V est grand.

B. Le terme a/V² est d’autant plus important à prendre en compte que le volume V est grand.

C. On retrouve l’équation des gaz parfaits si la densité du gaz est très faible car V est alors négligeable.

D. L’équation de van der Waals rend aussi bien compte de l’allure générale des isothermes dans que de

l’existence des paliers de liquéfaction.

E. Dans l’équation de van der Waals, sous forme : P = 𝑅𝑇

𝑉−𝑏 -

𝑎

𝑉², on constate que les forces attractives entre les

molécules font que la pression d’un gaz réel est supérieure à la pression d’un gaz idéal.

F. Dans l’équation de van der Waals, P est inversement proportionnel à V.



Question 3.

La diffusion est un type de déplacement moléculaire, notamment pour l’eau. Le débit molaire diffusif Jd de l’eau à

travers une membrane peut s’écrire : Jd = αRT.∆Cosm, avec α un facteur dépendant de caractéristiques de la

molécule d’eau et de a membrane, T la température absolue, et ∆Cosm la différence d’osmolalité entre les 2 faces

de la membrane.


A. La diffusion de l’eau à travers la membrane est dirigée du compartiment où l’eau est la plus « concentrée »

vers celui où elle l’est le moins, c’est-à-dire que la diffusion se fait dans le sens du gradient d’osmolalité.

B. La diffusion de l’eau est en rapport avec l’agitation thermique.

C. La diffusion de l’eau est influencée par la différence de pression de part e d’autre de la membrane.

D. La diffusion de l’eau à travers une membrane dialysante est supérieure à celle des macromolécules.

E. La diffusion de l’eau à travers une membrane est une « osmose », d’où la possibilité d’utiliser le terme de

« transfert osmotique » pour décrire son transfert diffusif à travers la membrane.

F. La diffusion est un phénomène passif, par opposition au transfert actif où l’énergie nécessaire au transfert

est d’origine membranaire.

G. Le facteur α dépend notamment de l’épaisseur de la membrane.



Décembre 2013

Question 1.

Concernant les échanges de chaleur de l’organisme avec l’air ambiant par le mécanisme d’évaporation, quelle est

la proposition exacte ?

A. L’évaporation est un phénomène efficace si l’état d’équilibre liquide-vapeur est atteint.

B. Les molécules qui s’évaporent sont celles qui ont assez d’énergie cinétique pour échapper à l’attraction des

autres molécules du liquide.

C. L’évaporation fait diminuer la température du liquide (sueur) car les molécules de vapeur ont alors une

vitesse plus faible.

D. La vitesse d’évaporation peut être augmentée en évacuant les molécules de condensation par un courant

d’air.

E. La chaleur latente de fusion élevée explique la grande efficacité de l’évaporation pour évacuer de la chaleur.

F. L’évaporation ne dépend pas de la pression de vapeur saturante.

Question 2.

Au sujet de la température, quelle est la proposition fausse ?

A. La température absolue est un paramètre qui permet de caractériser le degré d’agitation moléculaire.

B. La température absolue est proportionnelle à l’énergie cinétique de translation moyenne d’une molécule de

gaz parfait monoatomique.

C. La température absolue est proportionnelle à la pression P et au volume V pour une mole de gaz parfait.

D. La température absolue est une mesure de l’énergie transférée par interactions moléculaires dans les gaz

parfaits.

E. Dire que la température d’un gaz augmente de 30 degrés Celsius est équivalent à dire que cette température

augmente de 30 degrés Kelvin.

F. Lors d’une compression isotherme d’un gaz parfait, la température du gaz n’augmente pas.



Question 3.

Le débit molaire diffusif (transfert diffusif d’un soluté C à travers une membrane dialysante séparant 2

compartiments (1 et 2) où les concentrations respectives de C sont C1 et C2 est :

Jd = RTbS.∆C/e

B étant la mobilité mécanique molaire de C dans la membrane et ∆C=C2-C1


A. Plus la taille des molécules de soluté est faible, plus b est petit, et donc plus le transfert diffusif est ralenti.

B. La diffusion est multipliée par un facteur approximatif de 2 quand la température passe de 10°C à 20°C.

C. La diffusion nette s’annule quand les concentrations C1 et C2 sont égales.

D. Le transfert diffusif (du compartiment 1 vers le compartiment 2) est augmenté quand on augmente la

pression dans le compartiment 1.

E. Le soluté est osmotiquement efficace s’il traverse librement la paroi capillaire.

F. R est en rapport avec l’énergie cinétique des molécules de C.

Question 4.

Au sujet de la pression osmotique d’une solution, notée п, quelle est la proposition fausse ?

A. п se manifeste par une différence de pression hydrostatique véritable pression mécanique susceptible

d’entraîner une rupture de la membrane sur laquelle elle s’exerce.

B. п se manifeste par une différence de pression hydrostatique qui, à l’équilibre, annule le flux volumique net à

travers la membrane.

C. п permet de traduire une différence d’osmolalité efficace, par une différence de pression hydrostatique.

D. La mesure de п s’applique de préférence aux solutés micromoléculaires osmotiquement efficaces.

E. п augmente le long du capillaire glomérulaire, en raison de sa perméabilité hydraulique élevée.

F. п peut être mesurée à l’aide d’un osmomètre.


Les très basses fréquences du spectre électromagnétique

Décembre 2010

Question 5.

Dans un champ magnétique statique B0, on effectue une bascule de 90° de l’aimantation résultante des protons,

dans le plan transversal (°, x, y) en un temps t1.


A. Le temps t1 dépend des temps de relaxation T1 et T2.

B. Le temps t1 doit être divisé par 2 pour réaliser une bascule de 180°.

C. Cette bascule des spins est d’autant plus rapide que la valeur B0 est grande.

D. La fréquence de rotation des spins autour du champ radiofréquence B1 est de l’ordre de 42 MHz si B0 est égal

à 1 Tesla.

E. Les spins se déphasent pendant l’impulsion radiofréquence.

F. Cette bascule n’est possible que si les gradients de champ magnétique sont à la résonance.

G. On mesure le signal RMN dans le plan transversal (0, x, y).

Question 6.

Au sujet du temps de relaxation transversal T2, quelle est la proposition exacte ?

A. Il s’agit d’une constante de temps, qui peut être exprimée en s-1.

B. La vitesse de relaxation transversale est d’autant plus grande que T2 est petit.

C. T2 dépend de l’importance des inhomogénéités du champ magnétique statique B0.

D. T2 est souvent inférieur à T2*.

E. T2 dépend du temps d’écho dans une séquence de spin-écho.

F. T2 dépend du temps de répétition dans une séquence de spin-écho.

G. T2 est influencé par les échanges de type spin-réseau.



Question 7.

Pour réaliser une image en IRM, on applique un gradient de sélection de coupe Gz dans la direction (0, z).


A. Le gradient Gz doit être appliqué avant l’impulsion radiofréquence de 90°.

B. Le gradient Gz permet de faire des coupes parallèles à l’axe (0, z).

C. Le gradient Gz est une variation linéaire du champ magnétique radiofréquence.

D. Le gradient Gz permet de distinguer les protons en fonction de leur position sur l’axe (0, z).

E. Gz doit être augmenté pour augmenter l’épaisseur de coupe.

F. Le temps d’application de Gz doit être court pour obtenir une pondération T2.

G. Le temps d’application de Gz doit être long pour obtenir une pondération T1.

Question 8. (question mixte : « Les très basses fréquences du spectre électromagnétique » + « Rayonnements X et

gamma – Rayonnements particulaires »).

La fonction y = y0 e-ax peut correspondre à divers phénomènes.


A. Si y est un nombre de photons transmis à travers un écran d’épaisseur x, a est une CDA (couche de demi-

atténuation).

B. Si y/y0=½ pour x=x0, alors a/x0=Ln2.

C. Si y/y0=½ pour x=x0, alors y/x0=1/100 pour x=10x0.

D. Si y est un signal RMN au temps d’écho x d’une séquence spin-écho, a est une vitesse de relaxation

longitudinale.

E. Si y est un signal RMN au temps d’écho x d’une séquence spin-écho, a est un temps de relaxation transversal.

F. Si y est un nombre de noyaux radioactifs au temps x, a est une période radioactive.

G. Pour un radioélément donné, si y est le nombre de noyaux radioactifs au temps x, il est impossible de modifier

a pour réaliser un examen scintigraphique.



Décembre 2011

Question 5.

On souhaite comparer n échantillon B (de temps de relaxation T1B et T2B inconnus= à un échantillon A (dont les

temps de relaxation T1A et T2A sont connus : T1A = 500 ms et T2A = 50 ms).Les densités de protons de B et A sont

respectivement ρB et ρA. On effectue une séquence spin-écho ; l’intensité du signal RMN du proton SSE mesurée au

temps d’écho TE est donnée par l’expression suivante :

SSE = ρ(1-e –TR/T1 ) . e –TE/T2

On constate que l’intensité SSE de B est 2 fois plus faible que celle de A, avec des paramètres TE et TR.

Quelle est la proposition fausse (incompatible avec ce résultat) ?

A. T1B = T1A ; T2B = T2A ; ρA = 2 ρB.

B. T1B < 500 ms ; T2B > 50 ms ; ρA = ρB.

C. T1B > 500 ms ; T2B = 50 ms ; ρA = ρB.

D. T1B = 500 ms ; T2B < 50 ms ; ρA = ρB.

E. T1B < 500 ms ; T2B = 50 ms ; ρA = 2 ρB.

F. T1B = TR ; T2B = TE ; ρA > ρB.

G. T1B < TR ; T2B > TE ; ρA > ρB.

Question 6.

On souhaite mesurer le signal RMN d’un échantillon après une « inversion », c’est-à-dire la réalisation d’une

impulsion RF de 180° qui transforme l’aimantation longitudinale (M0) en (- M0) sur l’axe (0, z). On appelle ti le

« temps d’inversion », qui est le temps qui sépare l’impulsion RF de 180° de l’impulsion RF suivante, de 90°.


A. On ne peut pas mesurer ce signal directement dans l’axe longitudinal (0, z).

B. Si ti est très long, alors la valeur mesurée après l’impulsion de 90° est proche de M0.

C. Si ti est très court, alors la valeur mesurée après l’impulsion e 90° est proche de zéro.

D. Si ti a une valeur intermédiaire, alors l’intensité du signal mesuré dépend du temps de relaxation T1.

E. L’utilité de l’impulsion RF de 90° est de basculer l’aimantation longitudinale dans le plan de mesure.

F. La durée de l’impulsion RF de 180° est identique à celle de l’impulsion RF de 90° si l’intensité du champ B1

appliqué pour l’inversion est 2 fois plus grande que celle de la bascule dans le plan transversal.



Question 7.

La vitesse de rotation des protons dans le plan transversal (xOY) autour de l’axe (0, z) (direction du champ Bo),

peut être différente d’un proton à l’autre durant la lecture du signal RMN. Laquelle des propositions suivantes ne

décrit pas une cause possible de cette différence de vitesses ?

A. Une inhomogénéité du champ Bo.

B. Des interactions spin-spin.

C. Une structure chimique environnante différente.

D. La présence d’un artéfact métallique.

E. L’application d’un gradient de lecture Gx, à l’origine d’un champ magnétique variable dans la direction de

l’axe (O, x).

F. L’application d’un gradient de phase Gy, à l’origine d’un champ magnétique variable dans la direction de

l’axe (O, y).

Question 8.

On applique un gradient de sélection de coupe Gz de 10-4 T.cm-1 dans la direction (0, z). Le champ créé par ce

gradient est nul au centre de l’aimant (pour z = 0). Le champ principal B0 est de 2 Tesla, et on s’intéresse à des

protons, dont le rapport gyromagnétique est :

ϒ = 42,6 MHz.T-1


A. Les coupes obtenues sont perpendiculaires à (0, z).

B. La fréquence de précession des spins au centre de l’aimant est de 85,2 MHz.

C. Le champ magnétique à 10 cm du centre de l’aimant est de 10-3 T.

D. Une épaisseur de coupe de 1 cm correspond à une bande de fréquence de 4,26 kHz.

E. Une épaisseur de coupe de 2 cm correspond à une bande de fréquence de 8,52 kHz.

F. La différence maximale de fréquence de Larmor des spins d’une coupe de 1cm est de l’ordre de 4,25 kHz.

G. Si on triple la valeur de Gz, on obtient pour une même bande de fréquence une coupe trois fois plus fine.



Question 9.

On souhaite réaliser une spectroscopie RMN d’un échantillon à un champ B0 de 10 Tesla. Etant donnés les

rapports gyromagnétiques suivants :

Proton : ϒ = 42,6 MHz.T-1

Phosphore 31 : ϒ = 17,25 MHz.T-1


A. Le phénomène de « déplacement chimique » (concernant par ex. certains protons) est dû ç une modification

du champ magnétique local par des électrons.

B. Le phénomène de « déplacement chimique » (concernant par ex. certains protons) est n changement de la

fréquence de Larmor (de ces protons), visible sur le spectre.

C. Si l’échantillon est un mélange aqueux et graisseux, la présence de deux pics sur le spectre peut être en

rapport avec la différence de fréquence de résonance entre les protons de l’eau et ceux de la graisse.

D. Si l’on applique un gradient de champ magnétique, le « déplacement chimique » visible sur le spectre peut

se manifester par un décalage sur une image d’IRM.

E. Si la fréquence de l’onde RF est comprise entre 160 et 180 MHz, le noyau de phosphore 31 peut

éventuellement être mis en résonance, mais pas le proton.

F. Il est possible de mettre en résonance simultanément les noyaux de phosphore 31 et les protons si la

fréquence de l’onde RF est égale à la somme [172,5 + 426] MHz, soit approximativement 600 MHz.



Décembre 2012

L’énoncé suivant concerne les questions 4 à 8.

Soient 2 échantillons de tissu cérébral A et B, chacun étant considéré comme homogène. On réalise une expérience

de RMN successivement sur l’échantillon A puis l’échantillon B (appelés respectivement A et B dans la suite).

Il s’agit de RMN du proton dans un aimant B0 de 7 teslas. La séquence choisie (cf. schéma ci-dessous) commence par

une première impulsion de 90° (au temps t égal à 0), suivie d’une deuxième impulsion de 90° (au temps TR), puis

‘une impulsion de 180° un temps τ plus tard (avec 2τ=TE). TR st le temps de répétition, et TE le temps d’écho.

Question 4.


A. La fréquence de précession des protons dans le champ B0 est égale à 7 ϒp/2п, soit approximativement 300

Hz.

B. La fréquence de précession des protons de l’eau de A est sensiblement différente de celle des protons de l’eau

de B.

C. La fréquence de l’onde radiofréquence utilisée est la même pour l’impulsion de 90° et celle de 180°.

D. Un émetteur radiofréquence de bande passante large couvrant la gamme 10 à 45 MHz dans cet aimant B0

peut mettre en résonance des noyaux de phosphore 31.

E. L’impulsion radiofréquence peut être considérée comme une pression très brève appliquée sur les tissus en

résonance.

F. L’impulsion radiofréquence est d’autant plus intense que l’angle de bascule de l’aimantation est faible (par

exemple 90° par rapport à 180°).

G. L’impulsion radiofréquence correspond à un gradient de champ magnétique.

On donne :

- Rapport gyromagnétique du proton : ϒp/2п = 42,57 MHz.T-1

- Rapport gyromagnétique du phosphore 31 : ϒphos/2п = 17,25 MHz.T-1



Question 5.

On considère dans cette question la partie gauche du schéma, entre les 2 impulsons de 90° : elle correspond à la

« repousse » de l’aimantation selon l’axe longitudinal (0, z).


A. La mesure de l’aimantation selon l’axe longitudinal (O, z) ne peut pas être réalisée directement car les

mesures du signal RMN se font dans le plan transversal.

B. La vitesse de repousse est proportionnelle au temps de relaxation T1.

C. La repousse est d’autant plus complète que le temps TR est long.

D. La repousse dans A étant plus rapide que dans B, il est possible de différencier ces deux tissus par leur temps

de relaxation longitudinal.

E. Après la première impulsion de 90°, il existe un déphasage des spins dans le plan transversal, phénomène

généralement plus « rapide » que le phénomène de repousse selon l’axe longitudinal.

F. La courbe représentant la repousse par un tissu donné étant de type : Mz=M0 (1-e-1/T1), elle est

asymptotique avec une asymptote égale à M0.

G. La relaxation longitudinale est liée à des interactions pin-réseau.

Question 6.

On considère dans cette question la partie droite du schéma, après la deuxième impulsion de 90° : elle correspond

à la diminution de l’aimantation dans le plan transversal (O, x, y). Mais l’introduction de l’impulsion de 180° en fait

une séquence de type « spin-écho » ou « écho de spin ».


A. Au moment de l’impulsion de 90° les spins sont en hase.

B. L’impulsion de 180° permet de rephaser une partie des spins déphasés.

C. La mesure du signal est réalisée au temps TE, au moment de l’écho de spin.

D. L’amplitude du signal au tems TE est inférieure à l’amplitude M0 de l’aimantation à l’équilibre.

E. L’impulsion de 180° doit être réalisée le plus tôt possible pour mettre en évidence des différences entre les

tissus liées au temps T2.

F. Si le temps d’écho TE est très long, le signal peut-être trop faible pour mesurer l’écho.

G. Le déphasage des spins dans le plan transversal est partiellement dû aux interactions spin-spin.



Question 7.

La mise en évidence d’une différence de signal entre A et B peut être liée à plusieurs paramètres intrinsèques,

parmi lesquels les temps de relaxation T1 et T2.

La valeur mesurée du signal TE est : MXY = M0(1-e-TR/T1).e-TE/T2.


A. La mise en évidence de différences liées au temps de relaxation dépend des paramètres extrinsèques de a

séquence, TR et TE.

B. Si, TR est très long et, TE très court, alors une différence de signal mesurée au temps, TE est principalement

liée à la différence de densité de protons des échantillons.

C. L’aimantation de A présente une décroissance plus rapide que celle de B (partie droite du schéma), donc le

déphasage des spins de A est plus rapide que ceux de B.

D. Si le temps, TR était court (plus court que celui du schéma), alors le signal de A ne serait pas nécessairement

inférieur à celui de B au temps, TE.

E. D’après l’expression de MXY ci-dessus, plus T1 est petit, plus la repousse est rapide ; on peut en déduire que

elle T1 de A est inférieur au T1 de B.

F. D’après l’expression de MXY ci-dessus, plus T2 est petit, plus la décroissance est rapide ; on peut en déduire

que le T2 de A est inférieur au T2 de B.

G. A a une composante liquidienne plus importante que B.



Question 8.

Supposons que l’on veuille localiser les tissus A et B, de densité de protons identique, sur un axe (0, x). Le principe

utilisé pour coder l’espace fait intervenir les gradients de cham magnétique. Sur le schéma ci-dessous, on voit que

le champ magnétique « ajouté par le gradient Gx, qui est égal à Gx.∆xA) et positif B (Gx.∆xB).

(On considérera pour simplifier que ∆xA est le même que pour tous les pins de A ; de même ∆xB est le même pour

tous les pins de B).

ῳ1 ῳ2

Le signal mesuré est la somme des 2 signaux élémentaires représentés ci-dessous, l’un représentant A, l’autre B.




A. La fréquence de Larmor des protons d’un tissu est d’autant plus grande que le champ magnétique positif

« ajouté » par le gradient est grand.

B. Les protons de B étant soumis à un plus grand champ magnétique que ceux de A, ils sont représentés sur le

schéma ci-dessus par la courbe qui oscille le plus rapidement.

C. Si le TR de la séquence est très long, l’amplitude du signal de A ne peut pas être supérieure à celle de B.

D. D’après le schéma ci-dessus, le signal de fréquence le plus faible correspondant à A, a une amplitude

supérieure à celle de B, donc le TR est ici plus court que celui du schéma de la page 5.

E. Si on inversait le gradient, la fréquence de Larmor des protons de A deviendrait supérieure à celle des

protons de B.

F. Le signal mesuré est un signal composite difficile à interpréter directement.

G. Ce signal est mesuré pendant l’impulsion radiofréquence.



Décembre 2013

Question 5.

A propos de la fréquence de Larmor, quelle est la proposition fausse ?

A. La résonance en RMN est l’accord de fréquence entre la fréquence de Larmor des pins et la fréquence de

l’onde RF utilisée.

B. La fréquence de Larmor des spins est proportionnelle au champ magnétique auquel ils sont soumis.

C. La fréquence de Larmor des spins dépend de leur localisation selon un axe le long duquel est appliqué un

gradient de champ magnétique.

D. La fréquence de Larmor dans un champ magnétique donné n’est pas identique pour tous les noyaux (par

exemple les protons et les noyaux du phosphore 31).

E. La fréquence de Larmor des spins ne dépend pas des temps de relaxation.

F. La fréquence de Larmor peut être modifiée en modifiant les paramètres de la séquence (TR ou TE).

Question 6.

Au sujet des temps de relaxation en RMN, quelle est la proposition exacte ?

A. Ils sont exprimés en nombre d’impulsions (ou de cycles) par unité de temps.

B. Ils représentent des paramètres intrinsèques permettant de caractériser les tissus.

C. Le temps de relaxation T1 est minimal pour une valeur précise de l’intensité du cham magnétique

radiofréquence B1.

D. Le temps de relaxation T2 est minimal pour les liquides.

E. Le temps de relaxation longitudinal dépend des interactions (échanges d’énergie= entre spins (interactions

spin-spin).

F. Le temps de relaxation T2, contrairement à T2*, dépend de l’homogénéité du champ magnétique statique

B0.



Question 7.

Au sujet de la séquence d’écho de spin (SE) en RMN, quelle est la proposition fausse ?

A. SE permet de rephaser tous les spins qui se sont déphasés.

B. SE consiste notamment à réaliser une ‘ou plusieurs) impulsion(s) RF de 180°.

C. SE permet de mesurer le signal RMN pendant l’écho.

D. SE peut être réglée avec des paramètres extrinsèques (TR et TE) adaptés au résultat recherché.

E. SE est particulièrement intéressante quand le champ magnétique principal B0 n’est pas très homogène.

F. SE est particulièrement intéressante quand il y a des risques d’artéfact métallique.

G. SE permet de réaliser une mesure de T2.

Question 8.

Concernant la sélection d’une coupe en IRM et les gradients de champ magnétique, quelle est la proposition

exacte ?

A. Tous les spins de l’organisme sont « excités », mais la mesure du signal RMN ne concerne que les seuls spins

de la coupe considérée.

B. L’application d’un gradient de champ magnétique selon un axe (O, y) permet de distinguer les spins sur cet

axe (O, y) selon leur fréquence de Larmor.

C. L’épaisseur de coupe dépend du temps de répétition TR de la séquence.

D. L’épaisseur de coupe dépend de l’intensité du gradient de lecture.

E. La coupe sera d’autant plus épaisse que la largeur de la bande de fréquence sera étroite.

F. Les temps de relaxation des spins sont augmentés par l’application d’un gradient de champ magnétique.


Rayons X et Gamma – Rayonnements particulaires

Décembre 2010

Question 9.

Concernant la production des rayons X, quelle est la proposition fausse ?

A. Dans un tube à rayons X, l’interaction entre un électron accéléré et le champ coulombien du noyau d’un atome

de l’anode est le mécanisme de production des rayons X le plus important sur le plan quantitatif.

B. Dans un tube à rayons X, plus de 95% de l’énergie des électrons arrivant sur l’anode est dissipé sous forme de

chaleur.

C. En augmentant l’intensité du chauffage du filament du tube à rayons X, on augmente le nombre d’électrons

émis par effet thermoélectronique et donc le nombre de photons CX émis par l’anode.

D. Les photons X émis par un tube à rayons X ne sont pas tous des photons de fluorescence mais, de façon

générale, tous les photons de fluorescence sont des photons X.

E. Dans le spectre du rayonnement émis par un tube à rayons X, la position des raies dépend de la nature du

matériau constituant l’anode, mais l »énergie de la raie Kα est toujours inférieure à celle de la raie Kβ.

F. On peut utiliser en imagerie radiologique des photons X de 140 keV par exemple.

G. Il peut exister des photons X de 140 keV et des photons ϒ de 140 keV ; seule l’origine de ces photons permet

de les différencier.

Question 10.

Concernant les applications des rayonnements ionisants, quelle est la proposition fausse ?

A. Sur une image radiologique, le contraste entre 2 tissus dépend de la différence de leurs coefficients

d’atténuation.

B. En imagerie radiologique, le détecteur reçoit les photons transmis par le patient, tandis qu’en imagerie

scintigraphique, le détecteur reçoit les photons émis par le patient.

C. En tomographie par émission de positons, e sont des photons ϒ qui sont détectés.

D. Le fluor 18 est, parmi les radioéléments utilisables en tomographie par émission de positons, un de ceux qui

émet les photons les moins énergétiques.

E. La radiothérapie interne vectorisée nécessite l’administration au patient d’un radiopharmaceutique portant

un radioélément émetteur α ou β-.

F. La curiethérapie est une technique de radiothérapie utilisant des sources radioactives scellées introduites dans

l’organisme.

G. La radiothérapie externe met en œuvre des rayonnements électromagnétiques ionisants (X ou ϒ), ou des

faisceaux de particules chargées accélérées.



Question 11.

Concernant les interactions rayonnement-matière, quelle est la proposition fausse ?

A. La principale différence entre une interaction par effet photoélectrique et une interaction par effet Compton

réside dans le fait que, lors de la 1ère, le photon est totalement absorbé, tandis que lors de la 2ème, il ne perd

qu’une partie de son énergie.

B. Dans un milieu donné, la probabilité d’interaction par effet photoélectrique décroît rapidement quand

l’énergie des photons incidents diminue.

C. Le rayonnement diffusé Compton pose un problème de radioprotection car il peut être émis dans toutes les

directions.

D. Dans les tissus mous, l’effet Compton est le mécanisme d’interaction le plus probable pour un photon de 100

keV.

E. Pour se protéger des rayonnements X et ϒ on utilise le plus souvent des écrans en plomb, tandis que pour se

protéger des rayonnements β-, il vaut mieux utiliser des écrans constitués d’un matériau de faible numéro

atomique, comme du plexiglas.

F. Les photons utilisés en imagerie médicale ne sont pas susceptibles d’interagir avec les tissus par effet de

production de paires car leur énergie est trop faible.

G. Si la couche de demi-atténuation (CDA) d’un matériau pour des photons de 100 keV est de 2 cm, alors

l’atténuation d’un faisceau de photons de 100 keV après traversée de 6 cm de ce matériau est de 87,5%.

Question 12.

Concernant la radioactivité, quelle est la proposition fausse ?

A. L’activité d’une source constituée d’un radioélément décroît d’autant plus vite que la constante radioactive

de ce radioélément est faible.

B. Un radioélément peut être à la fois émetteur ϒ et émetteur β-.

C. L’émission d’un photon ϒ peut résulter de la transformation isomérique d’un noyau métastable.

D. Un noyau peut se désexciter en émettant un photon ϒ ou un électron de conversion interne.

E. Un atome peut se désexciter en émettant un photon de fluorescence.

F. Un atome peut se désexciter en émettant un électron Auger.

G. La capture électronique est une transformation isobarique qui comme la transformation β+, concerne les

noyaux contenant un excès de protons.



Décembre 2011

Question 10.


A. Une tumeur richement vascularisée est peu sensible à la radiothérapie ca l’oxygène a un effet radio-

protecteur.

B. Les morts cellulaires radio-induites sont le plus souvent différées et ne deviennent patentes qu’après un

délai d’autant plus long que les cellules se multiplient lentement.

C. L’utilisation, en association avec la radiothérapie, d’agents cytotoxiques qui bloquent le cycle cellulaire en

phase G2 permet d’augmenter l’efficacité de la radiothérapie.

D. Le fractionnement de la dose délivrée en radiothérapie protège les cellules saines car elles réparent les

lésions radio-induites plus rapidement que les cellules tumorales.

E. Les effets déterministes des rayonnements ionisants sont généralement réversibles et leur gravité augmente

quand la dose absorbée augmente.

F. Les lésions radio-induites de l’ADN sont réparables mais le risque de réparation fautive et d’apoptose

augmente quand al dose absorbée augmente.

Question 11.


A. Il est avéré que le traitement de l’hyperthyroïdie par administration d’iode 131 expose à un risque de cancer

thyroïdien thermo-inuit.

B. L’accident nucléaire de Tchernobyl a entraîné une augmentation de l’incidence des cancers thyroïdiens dans

la population exposée aux retombées d’iode 131, ceci quel qu’ait été l’âge des sujets lors de l’exposition.

C. L’effet cancérigène des rayonnements ionisants a été démontré, même pour de faibles doses telles que

celles résultant d’un examen scintigraphique.

D. La grossesse est une contre-indication formelle à la réalisation d’un examen scintigraphique.

E. Le risque encouru après une irradiation pelvienne au cours de la 1ère semaine de développement

embryonnaire obéit à la loi du tout ou rien : poursuite normale ou arrêt spontané du développement.

F. La réalisation d’un scanner pelvien au cours de la 7ème semaine de grossesse entraîne une irradiation fœtale

justifiant une interruption de grossesse.



Question 12.


A. Les produits de contraste utilisés en imagerie radiologique contiennent souvent de l’iode car cet élément a

un numéro atomique élevé et atténue fortement les photons par effet photoélectrique.

B. Au cours d’un examen tomodensitométrique, le tube à rayons X est la barrette de détecteurs qui reçoit le

rayonnement transmis par le patient tournent en continu autour du patient.

C. La spécificité de la médecine nucléaire par rapport à la radiothérapie ou la radiologie est l’utilisation de

sources radioactives non scellées.

D. En radiothérapie externe, les faisceaux de protons accélérés se différencient des faisceaux d’électrons

accélérés per leur plus grande précision balistique, due au pic de Bragg.

E. La radioscopie, qui permet de visualiser en temps réel un phénomène dynamique, se pratique maintenant

avec un amplificateur de luminance.

F. Tous les rayonnements ionisants utilisés en radiothérapie externe sont caractérisés par un transfert

d’énergie linéique (TEL) élevé.

Question 13.

Concernant les interactions rayonnement-matière, quelle est la proposition fausse ?

A. Les rayonnements X et ϒ sont « indirectement » ionisants car ce sont les électrons Compton et les

photoélectrons résultant de leur interaction avec le milieu traversé qui ionisent les atomes de ce milieu.

B. La principale différence entre une interaction par effet photoélectrique et une interaction par effet Compton

réside dans le fait que, lors de la 1ère, le photon est totalement absorbé, tandis que lors de la 2ème, il ne perd

qu’une partie de son énergie.

C. Dans un milieu donné, la probabilité d’interaction par effet photoélectrique décroît rapidement quand

l’énergie des photons incidents augmente.

D. Le rayonnement diffusé Compton pose un problème de radioprotection car il peut être émis dans toutes les

directions.

E. Dans les tissus mous, l’effet photoélectrique est le mécanisme d’interaction le plus probable pour un photon

de 100 KeV.

F. Pour se protéger des rayonnements X et ϒ on utilise le plus souvent des écrans en plomb, tandis que pour se

protéger des rayonnements β-, il vaut mieux utiliser des écrans constitués d’un matériau de faible numéro

atomique, comme du plexiglas.



Décembre 2012

Question 9.

Parmi les propositions suivantes concernant les rayons X, laquelle est fausse ?

A. Ils peuvent être produits dans un accélérateur d’électrons.

B. Contrairement aux photons ϒ, ils prennent toujours naissance à l’extérieur du noyau.

C. Certains radioéléments émettent à la fois des photons X et des photons ϒ.

D. Dans un tube à rayons X, plus l’intensité du chauffage du filament augmente, plus le nombre de photons X

émis augmente.

E. Les photons X produits dans un tue à rayons X où une tension de 80 kV est appliquée entre le filament et

l’anode ont une énergie maximale de 80 keV.

F. Quand un photon X interagit dans la matière par effet Compton, il génère un photon diffusé dont l’énergie

peut prendre toutes les valeurs entre 0 et ‘énergie du photon incident.

G. Quelle que soit son énergie, un rayonnement X est toujours ionisant.

Question 10.

Parmi les propositions suivantes concernant les rayons ϒ, laquelle est fausse ?

A. Le technétium 99m, radioélément émetteur ϒ très utilisé en imagerie scintigraphique, est produit dans un

générateur par décroissance radioactive de son radioélément-père.

B. L’énergie des photons ϒ émis par une source de technétium 99m décroît exponentiellement au cours du

temps.

C. Une source de rayonnement ϒ, à la différence d’une source de rayonnement α, peut-être à l’origine d’une

irradiation externe et d’une contamination interne.

D. La radiothérapie interne vectorisée n’utilise pas de radioélément émettant uniquement des photons ϒ.

E. Un écran en plomb d’épaisseur adéquate protège efficacement contre le rayonnement ϒ.

F. Les photons ϒ utilisés en imagerie scintigraphique ont une énergie insuffisante pour interagir avec la matière

par production de paires.

G. A énergie égale, les photons ϒ et les photons X présentent les mêmes mécanismes d’interaction dans la

matière.



Question 11.

Parmi les propositions suivantes concernant les faisceaux d’électrons accélérés, laquelle est exacte ?

A. Dans les tissus mous, ils interagissent essentiellement en produisant un rayonnement de freinage.

B. On s’en protège efficacement en utilisant des écrans en plomb d’épaisseur adéquate.

C. On peut les utiliser pour faire de l’autoradiographie.

D. Ils ont dans les tissus mous une trajectoire rectiligne le long de laquelle la densité d’ionisations est

constante.

E. Ils sont constitués d’électrons non relativistes, c’est-à-dire dont la masse peut être assimilée la masse de

l’électron au repos.

F. Le transfert d’énergie linéique (TEL) des électrons est inférieur à celui des protons.

G. La CDA d’un faisceau d’électrons accélérés est inversement proportionnelle au coefficient d’atténuation

linéique de ces électrons dans le matériau considéré.



Décembre 2013

Question 9.

Parmi ces propositions concernant le positon, laquelle est fausse ?

A. Son énergie de masse, comme celle de l’électron, vaut 511 keV.

B. Sa rencontre avec un électron entraîne la disparition e la paire électron-positon.

C. Sa rencontre avec un électron entraîne l’apparition de 2 photons de 511 keV émis dans des directions

opposées.

D. Il peut apparaître lors de l’interaction d’un photon X de 10 MeV dans les tissus.

E. Des radio-éléments émetteurs de positons sont utilisés en radiothérapie interne vectorisée.

F. Le noyau d’un radio-élément émetteur de positons doit son instabilité au fait qu’il ne contient pas assez de

neutrons par rapport au nombre de protons.

Question 10.

Parmi ces propositions concernant les applications médicales des rayonnements ionisants, laquelle est fausse ?

A. L’imagerie scintigraphique et la radiothérapie interne vectorisée utilisent des sources radioactives non

scellées et son pratiquées dans des services de médecine nucléaire.

B. La hadronthérapie est pratiquée dans la plupart des services de radiothérapie.

C. Les accélérateurs linéaires d’électrons peuvent fournir des faisceaux d’électrons et des faisceaux de rayons X

utilisés en radiothérapie externe.

D. L’intérêt des faisceaux de protons en radiothérapie externe réside dans la précision balistique qu’ils doivent

au pic de Bragg.

E. L’imagerie scintigraphique requiert l’administration au patient d’un radioélément émetteur de photons ϒ ou

de positons.

F. La radiologie conventionnelle, la radioscopie, la tomodensitométrie et l’absorptiométrie biphotonique

utilisent des rayons X.



Question 11.

Parmi ces propositions concernant les interactions des rayonnements ionisants avec la matière, laquelle est

exacte ?

A. Après interaction par effet photoélectrique dans les tissus, le photon est diffusé puis absorbé dans les tissus.

B. Lors d’interactions par effet photoélectrique, effet Compton ou création de paires, les photons interagissent

avec des électrons du milieu traversé.

C. Pour un matériau donné, la CDA augmente quand l’énergie des photons augmente et pour des photons

d’énergie donnée la CDA augmente quand le coefficient d’atténuation du matériau diminue.

D. Après traversée d’une CDA, l’énergie du faisceau transmis est égale à la moitié de celle du faisceau incident.

E. Dans le plomb, le principal mécanisme d’interaction des photons utilisés en radiodiagnostic et la création de

paires.

F. Dans un tube à rayons X, les photons en provenance du filament chauffé interagissent dans l’anode en

tungstène par effet photoélectrique.

Question 12.

Parmi ces propositions concernant les effets cellulaires des rayonnements ionisants, laquelle est fausse ?

A. La radiolyse de l’eau aboutit à la formation de radicaux libres responsables d’une toxicité cellulaire.

B. Au sein d’une tumeur, les cellules hypoxiques sont plus radiorésistances que les cellules normoxiques

C. Le nombre d’anomalies chromosomiques induites dans un tissu irradié par un faisceau d’électrons est

proportionnel à la dose reçue.

D. Une cellule est d’autant plus radiosensible qu’elle est peu différenciée et qu’elle se divise rapidement.

E. Un rayonnement ionisant peut induire des lésions de l’ADN dans des celles qui n’ont pas été soumises à

l’irradiation mais qui sont voisines des cellules irradiées : c’est l’effet bystander.

F. Les effets déterministes apparaissent dès que la dose reçue dépasse une dose-seuil qui dépend de la nature

du tissu irradié.



Question 13.

Parmi ces propositions concernant la radiopathologie, laquelle est exacte ?

A. La probabilité de survenue d’un cancer radio-induit est indépendante de la dose reçue.

B. L’administration d’iodure de potassium avant l’irradiation réduit le risque relatif de leucémie radio-induite.

C. Une dose à l’utérus supérieure à 100 mSv au cours de la première semaine de grossesse entraîne un risque

de malformation fœtale.

D. Une augmentation de l’incidence de certaines malformations congénitales a été rapportée dans la

descendance de patients des 2 sexes traités par iode 131 pour cancer thyroïdien.

E. En raison des doses reçues par la thyroïde, un nombre important de cancers thyroïdiens radio-induits est

attendu au cours des prochaines années dans la population qui résidait à proximité de Fukushima lors de

l’accident nucléaire.

F. Après une irradiation globale aigue, la phase critique est précédée d’une phase de latence d’autant plus

courte que la dose reçue est élevée.


Méthode d’étude en électrophysiologie jusqu’à l’ECG

Décembre 2010

Question 13.


A. Le champ électrostatique créé par une charge q en un point M est inversement proportionnel au carré de la

distance qui sépare q et M.

B. Pour une charge positive les lignes de champs s’orientent vers l’intérieur.

C. La force électrostatique produite par un champ électrique est susceptible de déplacer une particule ; le travail

fourni lors du déplacement de cette particule est dépendant du chemin suivi.

D. Le travail fourni lors du déplacement de cette particule est égal à la somme des énergies potentielles existant

au point de départ et au point d’arrivée.

E. Les surfaces équipotentielles sont de plus en plus proches au fur et à mesure que l’on s’éloigne du centre.

Question 14.


A. Un condensateur est constitué de plaques chargées symétriquement en charges positives et négatives.

B. Dans un condensateur le champ électrique entre les plaques est orienté de la plaque négative vers la plaque

positive.

C. Dans un condensateur plan, le potentiel électrostatique diminue avec la distance de la plaque positive vers la

plaque négative.

D. Lors de la charge d’un condensateur, la constante de temps correspond au temps mis pour que la charge

atteigne 63% de sa valeur maximum.

E. Dans un oscilloscope l’accélération de la particule est le premier stade de la progression de la particule vers

l’écran.

F. Le potentiel du moment dipolaire dépend de l’inverse du carré de la distance séparant le barycentre des

charges du point où s’exerce le champ électrique.

G. Le champ créé à distance par un dipôle est proportionnel au gradient du potentiel.



Question 15.


A. Dans le cas des canaux calciques, pour un potentiel de membrane de -60mV, le courant calcique est nul car le

gradient électrochimique est nul.

B. On parle d’hyperpolarisation quand le potentiel de membrane asse de -60mV à -84mV.

C. Dans la méthode du potentiel imposé on mesure un courant et on maintient un potentiel.

D. En analysant les canaux sodium en potentiel imposé on observe une entrée de sodium quand le potentiel de

membrane de -60mV à 0 mV.

E. Le courant sodium s’estompe rapidement du fait de l’inactivation des canaux sodium.

F. Le courant sodium est lié à des canaux voltage dépendant.



Décembre 2011

Question 14.


A. Toutes les cellules cardiaques ont des propriétés « pace maker ».

B. Le tissu nodal est responsable de la contraction musculaire.

C. Le tissu nodal est responsable de l’élaboration de l’influx nerveux et de sa propagation vers le tissu

myocardique.

D. La propagation de l’influx cardiaque est le suivant : nœud sinusal puis tronc du faisceau de His puis nœud

atrio-ventriculaire.

E. Il existe un délai de 0,15 s entre le nœud auriculo-ventriculaire et le tronc du faisceau de His.

F. La phase 0 des cellules myocardiques est liée à la fermeture des canaux Na rapide.

Question 15.


A. Un dipôle électrostatique est constitué par un couple de charges de signes identiques.

B. Le moment dipolaire a pour unité le Farad.

C. Le moment dipolaire est proportionnel à l’inverse du carré de la distance séparant les charges.

D. Le potentiel du moment dipolaire dépend de l’inverse du cube de la distance séparant le barycentre des

charges du point où s’exerce le champ électrique.

E. Le champ créé à distance par un dipôle est proportionnel au gradient du potentiel.

F. Les lignes de champs ne se déforment pas quand la distance séparant des charges de signes opposés

diminue.



Décembre 2012

Question 14.


A. La force électrostatique entre 2 charges est plus faible quand la distance entre ces charges diminue.

B. Un supraconducteur est une matière qui permet aux charges de se déplacer mais avec des contraintes

fortes.

C. Les surfaces équipotentielles sont plus rapprochées les unes des autres là où le champ est faible.

D. Les lignes équipotentielles sont orthogonales au champ électrique.

E. Le champ électrostatique est indépendant de la force électrostatique.

F. Les surfaces équipotentielles sont des lieux de l’espace où le potentiel diminue progressivement.

Question 15.


A. La concentration en ions sodium pour une membrane au repos est plus importante en intracellulaire qu’en

extracellulaire.

B. Le potentiel de repos d’une membrane est d’environ 60 mV.

C. Au repos, en ce qui concerne les ions chlore le flux d’ions au travers de la membrane est nul parce que la

conductance de la membrane pour cet ion est nulle.

D. Lors du potentiel d’action, la différence de potentiel de la membrane se déplace vers le potentiel d’équilibre

du potassium.

E. Les cellules myocardiques présentent un potentiel d’action en plateau, ce qui n’est pas le cas pour les

cellules du tissu nodal.

F. La borne de Wilson permet de construire une référence en associant 4 dérivations et en ajoutant des

résistances R égales pour 2 dérivations.



Décembre 2013

Question 14.

Parmi ces propositions laquelle est fausse ?

A. Lorsque le potentiel de membrane se déplace vers des valeurs plus négatives on dit que la cellule

s’hyperpolarise et lorsque le potentiel de membrane se déplace vers des valeurs plus positives on dit que la

cellule se dépolarise.

B. Le myocarde auriculaire est séparé du myocarde ventriculaire par un anneau fibreux permettant d’isoler ces

deux myocardes électriquement.

C. L’activité électrique du cœur est générée uniquement par des cellules ayant une activité « pace-maker ».

D. La période réfractaire absolue est la période pendant laquelle aucun stimulus même puissant ne peut

générer un potentiel d’action.

E. Selon l’hypothèse 2 d’Einthoven, l’origine du vecteur moment peut être considérée comme fixe.

F. La séquence d’ouverture et de fermeture des canaux lors du potentiel d’action des fibres myocardiques est

la suivante : 0 : ouverture des canaux Na+ rapides, 1 : fermeture des canaux Na+ rapides, 2 : entrée de Ca++

et de Na+ par des canaux lents, 3 : sortie de K+, 4 : activation de la pompe Na+/K+.

Question 15.

Parmi ces propositions laquelle est fausse ?

A. Pour les canaux calciques, pour un potentiel de membrane de -60 mV, le courant calcique est nul car le

gradient électrochimique est nul.

B. On parle d’hyperpolarisation quand le potentiel de membrane passe de -60mV à -84 mV.

C. Dans la méthode de potentiel imposé on mesure un courant en maintenant un potentiel fixe.

D. A l’intérieur d’un condensateur plan, il existe un champ électrique �⃗� uniforme. Il est perpendiculaire aux

plaques et va dans le sens des potentiels décroissants.

E. Le champ électrique produit par une force électrostatique est susceptible de déplacer une particule chargée.


Le domaine de l’optique

Décembre 2010

Question 16.

Le schéma précédent présente plusieurs chemins lumineux à travers des milieux d’indice de réfraction différents :

- Chemins ABCDE à travers les milieux matériels transparents n1, n2, n3 puis n1,

- Chemins (a) et (b) dans le milieu n2,

- Chemins (c) dans le milieu n1, puis (d) dans le vide,

- Chemins (e) et (f) dans le milieu n3.

-



Soient les propositions suivantes :

1. Le trajet ABCDE existe.

2. Le trajet ABCDE implique n2 > n1 et n3 > n1.

3. Le trajet ABCDE implique et n3 < n1 < n2.

4. Les trajets (a) et (b) existent.

5. Les trajets (c), (d), (e), (f) n’existent pas.

6. Θ1 = Θ4 = Θ5 .

7. Les vitesses V1, V2 et V3 de l’onde lumineuse respectivement dans les milieux matériels n1, n2 et n3 sont telles

que V2 > V1 > V3.


A : 1, 2, 4 et 6 B : 1, 3, 5 et 7 C : 2, 4, 5 et 7 D : 1, 4, 5 et 6

E : 1, 3, 6 et 7 F : 1, 3, 4 et 6 G : Autre combinaison

Question 17.

Le tableau suivant correspond à l’étude de trois miroirs. Sur chaque ligne, propre à un miroir, se trouvent des

données permettant de déduire les valeurs manquantes.

Les distances sont exprimées en centimètres. Si une donnée est précédée d’un point d’interrogation (?), il faudra

en déterminer le signe.

Miroir Type f p P’ Grandissement transversal

Image réelle ?

Image renversée ?

1 -10 1

2 +10 +30

3 -24 ( ?) 0,5 oui


1. Les miroirs 1 et 2 donnent une image virtuelle droite.

2. Les miroirs 2 et 3 donnent une image réelle renversée.

3. Les miroirs 2 et 3 sont convexes.

4. Le miroir 3 est convergent.

5. L’image produite par les miroirs 2 et 3 est deux fois plus grande que l’objet.

6. Le miroir 1 est un miroir plan.

7. Les miroirs 1 et 2 donnent une image virtuelle.

8. Le miroir 2 est divergent.


A : 2, 3, 4 et 6 B : 1, 2, 5 et 7 C : 1, 5, 6 et 8 D : 1, 3, 4 et 7




Question 18.

Soit le schéma suivant représentant deux lentilles L1 et L2 séparées d’une distance D. Les points F1 et F2 sont

respectivement les foyers de L1 et L2.

Un objet réel est placé à gauche de la lentille L1. Soit p1 la position de cet objet. En considérant que l’image obtenue

à travers L1 devient l’objet pour L2, déterminer, à l’aide des schémas de la page suivante, l’image définitive obtenue

à travers le système formé par les lentilles L1 et L2 pour les trois situations données dans le tableau :

Situation L1 L2 Condition

1 Convergente Convergente |p1| < |f1|

2 Divergente Convergente |p1| > |f1|

3 divergente divergente |p1| < |f1|


A. Les situations 2 et 3 donnent une image définitive renversée.

B. Les situations 1 et 2 donnent une image définitive droite.

C. Les situations 1 et 3 donnent une image définitive réelle.

D. Les situations 1 et 2 donnent une image définitive réelle et renversée.

E. Les situations 2 et 3 donnent une image définitive réelle et droite.

F. La situation 3 donne une image définitive virtuelle et renversée.

G. Toutes les propositions précédentes sont fausses.



Question 19.


1. Lorsque deux ondes monochromatiques de pulsations différentes, issues de deux sources lumineuses S1 et

S2, existent simultanément, on observe un phénomène d’interférences. L’éclairement en un point M de

l’écran d’observation est alors égal à la somme de leur éclairement respectif.

2. Deux vibrations lumineuses monochromatiques qui ont des amplitudes différentes donnent des éclairements

différents.

3. Deux ondes monochromatiques synchrones et sensiblement parallèles issues de deux sources lumineuses

secondaires cohérentes S1 et S2 donnent un phénomène d’interférences. L’éclairement en un point M de

l’écran d’observation est alors égal à :

ԑ(M) = ԑ1(M) + ԑ2(M) + 2 √ԑ𝟏 (𝐌). ԑ𝟐(𝐌) . cos ∆ϕ(M)

ԑ1(M) et ԑ2(M) étant les éclairements respectifs des deux ondes au point M lorsqu’elles existent seules et ∆ϕ(M) la

différence de phase des deux ondes au point M.

4. On parle de cohérence temporelle si les deux sources secondaires S1 et S2 sont atteintes au même instant par

le même train d’onde.

5. Les franges d’interférences sont destructives lorsque les deux vibrations arrivent en phase au point M sur

l’écran, c’est-à-dire lorsque :

∆ϕ(M) = (2k + 1)п = 𝟐п

𝝀 (L2 – L1)

Où L2 – L1 représente la différence de marche des deux vibrations au point M et λ leur longueur d’onde.

6. Les franges d’interférences lumineuses sont imparfaitement contrastées lorsque le contraste C est tel que 0 <

C < 1.

7. Les franges d’interférences lumineuses sont parfaitement contrastées lorsque les deux ondes

monochromatiques issues des deux sources lumineuses secondaires cohérentes ont des amplitudes

différentes.


A : 2, 3, 4 et 6 B : 1, 2, 4 et 6 C : 2, 3, 5 et 7 D : 3, 4, 5 et 7




Question 20.

On considère le dispositif des fentes d’Young et l’on place devant chaque fente un tube de verre de longueur

intérieure l=3 cm dont on négligera l’épaisseur des parois. On éclaire ce dispositif au moyen d’une lumière

monochromatique de longueur d’onde λ = 660 nm.

On dispose d’abord dans ces deux tubes de verre identiques de l’air sous pression atmosphérique (indice de l’air nA

= 1, 00029).

On remplace ensuite, dans le tube placé devant F2, l’air pas un gaz inconnu dont on veut déterminer l’indice de

réfraction nG.On constate alors, sur l’écran d’observation, un déplacement du système de franges du côté de F2

correspondant à 22 interfranges.


1. Lorsque les deux tubes sont remplis d’air (d’indice nA), l’expression littérale de la différence de marche des

deux ondes au point M (d’abscisses x) sur l’écran est égale à 𝑎 𝑥

𝐷 où a est la distance entre les deux fentes et D

celle entre les fentes et l’écran.

2. En présence de gaz dans l’un des tubes, la valeur de l’interfrange n’est pas modifiée.

3. Lorsqu’on place le gaz dans le tube devant F2, la différence de marche des deux ondes au point M devient : 𝑎 𝑥

𝐷

– l (nG – nA) 𝑎

𝐷 .

4. Le déplacement des franges sur l’écran est alors égal à : l(nG – nA).

5. L’expression littérale de la valeur de nG est : nG=nA + 22 𝜆𝐷

𝑙 𝑎.

6. L’expression littérale de la valeur de nG est : nG=nA + 22 𝜆

𝑙 .

7. L’expression littérale de la valeur de nG est : nG=nA - 22 𝜆

𝑙 .


A : 1, 2 et 7 B : 1, 3, 4 et 5 C : 1, 2 et 6 D : 1, 2, 3 et 5

E : 1, 2, 4 et 7 F : 3, 4 et 6 G : Autre combinaison



Décembre 2011

Question 16.


A. Si un rayon lumineux pénètre dans un milieu moins réfringent, le rayon réfracté se rapproche de la normale

à la surface de séparation.

B. Notre image à travers un miroir plan est toujours virtuelle.

C. Un miroir sphérique convexe est toujours convergent.

D. Dans un dioptre sphérique convergent, le foyer objet est toujours en avant du dioptre et le foyer image en

arrière.

E. Pour tous les systèmes optiques, l’image d’un objet réel situé à l’infini se trouve dans le plan focal objet.

F. Un rayon lumineux passant par le sommet d’un dioptre sphérique n’est pas dévié.

G. Une lentille est un milieu homogène, d’indice absolu n, délimité par deux dioptres.


A : 1, 2, 4 et 6 B : 3, 5, 6 et 7 C : 2, 4 et 6 D : 3, 5 et 7

E : 2, 4 et 7 F : 1, 2, 3 et 5 G : Autre combinaison



Question 17.


1. Un objet situé entre le sommet et le foyer image d’un miroir sphérique concave est un objet réel.

2. Un miroir sphérique donne d’un objet une image placée à mi-chemin entre le sommet du miroir et l’objet. Si

R est le rayon de courbure du miroir, la position p de l’objet est égale à2𝑅

3.

Soit une lentille mince plan-concave en verre d’indice de réfraction 1,5 dont le rayon de courbure est égal à 40 cm.

3. La lentille est divergente et sa distance focale image est telle que f’ = 0,80 m.

4. L’image d’un objet réel situé à 1 m de la lentille décrite précédemment est virtuelle, droite par rapport à

l’objet et plus petite que l’objet.

On envoie sur un prisme de verre un faisceau de lumière blanche.

5. On observe, à la sortie du prisme, un étalement des radiations colorées composant le faisceau, la radiation

de couleur orangée étant plus déviée que la radiation de couleur verte.

6. L’indice de réfraction du verre pour la radiation orange est plus petit que l’indice du verre pour la radiation

verte.

7. Dans le prisme, la vitesse de propagation de la radiation orange est supérieure à celle de la radiation verte.


A : 1, 2, 4 et 6 B : 1, 3, 4 et 6 C : 1, 4, 6 et 7 D : 1, 3, 6 et 7




Question 18.

Le tableau suivant correspond à l’étude de deux dioptres D1 et D2.

Un objet réel est placé à 1 m des deux dioptres.

Sur les lignes 2 et 3 se trouvent les données propres respectivement au dioptre D1 et au dioptre D2 permettant de

déduire les valeurs manquantes. Les distances sont exprimées en centimètres.

Si une donnée est précédée d’un point d’interrogation ( ?), il faudra en déterminer le signe.

R V f F’ n n’ Dioptre convergent

ϒ Image

Réelle Droite Agrandie

D1 + 20 ( ?) 2 ( ?) 60 Non

D2 ( ?) 15 ( ?) 2 -70 + 55


1. Les dioptres D1 et D2 sont divergents.

2. Les dioptres D1 donne une image virtuelle et droite par rapport à l’objet.

3. De dioptre D2 donne une image réelle et droite par rapport à l’objet.

4. Les deux dioptres sont convexes.

5. Le dioptre D2 est concave convergent.

6. Les grandissements transversaux obtenus pour les deux dioptres n’ont pas le même signe.

7. Les deux dioptres donnent une image plus petite que l’objet.


A : 2, 5 et 6 B : 1, 2, 3 et 5 C : 1, 3, 5 et 7 D : 3, 4 et 6

E : 4, 5 et 6 F : 1, 2, 4 et 7 G : Autre combinaison



Question 19.

Une source S, émettant une lumière monochromatique de longueur d’onde λ1, éclaire deux fentes fines F1 et F2

parallèles et distantes l’une de l’autre de 1 mm. La source S se trouve à égale distance des deux fentes. On

observe des franges d’interférences sur un écran placé à 3, 50 m du plan des fentes F1 et F2. On constate que la

deuxième frange brillante et la cinquième frange sombre, situées toutes les deux du même côté par rapport au

centre de l’écran, ont séparées par une distance de 7,35 mm.


1. L’interfrange est égal à 2,94 mm.

2. La source S émet une lumière dont la longueur d’onde est égale à 600 nm.

Soient deux points appartenant aux franges précédemment citées : M1 est situé sur la deuxième frange brillante

et M2 sur la cinquième frange sombre.

3. Les ondes issues de F1 et F2 arrivent en M1 avec un déphasage de 2п radians et en M2 avec un déphasage de

5п radians.

4. Les ondes issues de F1 et F2 ayant la même amplitude, l’éclairement en M1 est maximal et celui en M2 est

minimal et égal à zéro.

5. L’éclairement minimal étant égal à zéro, les franges d’interférences sont imparfaitement contrastées.

La source S émet à présent simultanément deux radiations : la radiation précédente de longueur d’onde λ1 et une

autre radiation de longueur d’onde λ2 telle que λ2 = 1,2 λ1.

On observe alors sur l’écran deux systèmes de franges ayant en commun la frange brillante centrale.

6. La première coïncidence entre les milieux des franges brillantes des deux systèmes se produira à 12,6 mm de

la frange centrale et ensuite tous les 12,6 mm.

La source S est déplacée parallèlement à F1F2 d’une distance y vers F2.

7. On observe alors, sur l’écran, un déplacement de la frange centrale vers F1.


A : 1, 2, 6 et 7 B : 2, 3, 4 et 5 C : 3, 4, 5 et 6 D : 2, 4, 6 et 7

E : 1, 2 et 5 F : 3, 6 et 7 G : Autre combinaison



Question 20.

Des franges d’interférences sont obtenues sur un écran à partir d’une source laser dirigée vers une fente étroite F

éclairant deux fentes F1 et F2 également très fines, distantes de 1 mm, parallèles entre elles et telles que FF1 = FF2.

L’écran est placé à 3,50 m du plan contenant les deux fentes F1 et F2.


1. Le laser correspond à une émission stimulée de photons dont les ondes associées sont en phase.

2. Le laser est une source lumineuse polychromatique.

3. Une source laser émet des trains d’onde de durée inférieure à celle des trains d’onde émis par des sources

lumineuses classiques.

On considère un point P du champ d’interférences d’abscisse x = 15,50 mm. Le point P est situé sur une frange

brillante dont l’ordre d’interférence est égal à 7.

4. La différence de marche des rayons lumineux au point P est égale à 4, 428 µm.

5. La distance qui sépare deux franges sombres consécutives est égale à 2, 583 mm.

Devant la fente F1 on place un film assimilable à une lame d’épaisseur constante e = 6 µm et constitué d’un

matériau transparent d’indice n. L’expérience a lieu dans l’air (nair =1).

On constate un déplacement de tout le système de franges du côté de F1. En particulier, la frange centrale se

trouve déplacée d’une longueur x0 = 8,61 mm.

6. Le chemin optique du rayon lumineux suivant F1P diminue.

7. L’indice n du matériau constituant le film est égal à 1,41.


A : 1, 4, 6 et 7 B : 2, 3, 4 et 6 C : 3, 4, 5 et 6 D : 1, 5 et 7




Décembre 2012

Question 16.

Pour les cinq systèmes optiques suivants : (S1), (S2), (S3), (S4) et (S5), construire l’image A’B de l’objet AB.




1. Les systèmes (S2), (S3) et (S4) donnent tune image renversée par rapport à l’objet pour laquelle la valeur

absolue du grandissement transversal est comprise entre 0 et 1.

2. Seuls les systèmes (S1) et (S5) donnent une image réelle.

3. Les systèmes (S1) et (S5) donnent une image droite par rapport à l’objet pour laquelle la valeur absolue du

grandissement transversal est supérieure à 1.

4. Pour les cinq systèmes optiques, à l’image A’B’ obtenue correspond un grandissement transversal positif.

5. Les cinq systèmes optiques sonnent une image virtuelle.

6. Le système optique (S2) est convergent.

7. Le système optique (S4) est divergent et donne une image A’B’ renversée par rapport à l’objet.


A : 3, 5, 6 et 7 B : 1, 2, 4 et 7 C : 2, 4 et 6 D : 3, 5 et 7

E : 1, 3, 4 et 6 F : 3 et 5 G : Autre combinaison



Question 17.


1. La période spatiale d’une onde électromagnétique monochromatique est la distance parcourue par le champ

électrique pendant une période temporelle.

2. Dans un milieu matériel transparent, isotrope et homogène d’indice absolu n, la longueur d’onde d’une

radiation lumineuse monochromatique est égale à n fois sa longueur d’onde dans le vide.

3. Lorsqu’un rayon lumineux passe d’un milieu d’indice absolu n1 à un milieu d’indice n2 plus réfringent, la valeur

maximale que peut prendre l’angle d’incidence est égale à 90° et celle que peut prendre l’angle de réfraction

à arcsin𝑛2

𝑛1.

4. Dans une fibre optique constituée d’un cœur d’indice absolu n1 et d’une gaine d’indice absolu n2 supérieur à

n1, le sinus de l’angle d’incidence i à l’entrée de la fibre doit être inférieur à l’ouverture numérique

√(𝑛1)2 − (𝑛2)² pour que le rayon lumineux subisse une réflexion totale à l’interface cœur-gaine toute au

long de la fibre et ressorte à son extrémité.

5. Dans un milieu matériel dispersif, les radiations monochromatiques composant la lumière blanche se

propagent à des vitesses différentes, d’autant plus grandes que les longueurs d’onde dans le vide de ces

radiations sont grandes. Plus les radiations ont une vitesse de propagation élevée, moins elles sont déviées

lors de la traversée du milieu dispersif.

6. On considère une lame à faces parallèles en verre d’indice de réfraction n séparant deux milieux différents

d’indices n1 et n2. Un rayon lumineux monochromatique arrive sur cette lame sous une incidence non nulle.

Le rayon réfracté sortant de la lame est parallèle au rayon incident entrant.

7. En optique géométrique, les dimensions des systèmes optiques sont grandes devant les longueurs d’onde des

radiations lumineuses qui s’y propagent.


A : 1, 5, 6 et 7 B : 1, 2, 4 et 6 C : 2, 3, 5 et 7 D : 1, 3, 4 et 5

E : 1, 5 et 7 F : 3, 4 et 6 G : Autre combinaison



Question 18.


On considère une lentille mince A plan-concave en verre (nverre = 1,6) placée dans l’air (nair = 1) dont la distance

focale est de 1 mètre.

On accole à la lentille A une lentille mince B d’indice identique à celui de la lentille A.

L’association des deux lentilles forme une lentille C de vergence égale à – 0,30 dioptrie.

1. La vergence de la lentille A est égale à 1,60 dioptrie.

2. Le rayon de courbure de la deuxième face de a lentille A est égal à + 60 cm.

3. La lentille B est une lentille biconvexe.

4. La lentille B est un ménisque convergent.

5. La lentille B est un ménisque divergent.

Soit un prisme en verre d’indice de réfraction n et d’angle au sommet A. Le prisme placé dans l’air (nair = 1). Un

rayon lumineux monochromatique arrive sur sa première face avec un angle d’incidence égal à i1.

6. Si la valeur d’incidence i1 augmente, la valeur de l’angle de réfraction i2 à la sortie du prisme augmente

également.

7. Il n’existe pas de rayon émergent à la sortie du prisme lorsque le rayon qui traverse le prisme arrive sur la

deuxième face avec un angle d’incidence r2 de valeur supérieure à arcsin1

𝑛.

8. La valeur maximale Dm de l’angle de déviation est obtenue lorsque r1 = r2 et i1 = i2. Dans ces conditions,

l’indice n du verre du prisme est égal à n =sin

𝐷𝑚+𝐴

2

𝑠𝑖𝑛𝐴

2

.


A : 1, 2, 5 et 8 B : 2, 3, 6 et 8 C : 2, 4 et 7 D : 1, 3, 6 et 8




Question 19.


1. L’éclairement énergétique perçu par un récepteur est proportionnel à la moyenne temporelle du champ

électrique de l’onde lumineuse captée et par conséquent au carré de son amplitude.

2. Lorsque deux ondes monochromatiques de pulsations différentes, issues de deux sources lumineuses

secondaires S1 et S2 existent simultanément, l’éclairement en un point M de l’écran d’observation est égal à la

différence de leur éclairement respectif.

3. Deux ondes monochromatiques sensiblement parallèles, de même fréquence et issues deux sources

lumineuses secondaires cohérentes donnent un phénomène d’interférences.

4. Il y a une cohérence temporelle si les deux sources secondaires S1 et S2 sont atteintes au même instant par le

même train d’onde issu de la source primaire S ou si elles sont atteintes par le même train d’onde avec une

différence de temps très petite devant la durée du train d’onde.

5. Les interférences sont destructives si, en certains points de l’écran d’observation, l’éclairement obtenu est

inférieur à la différence des éclairements produits par les deux ondes lumineuses secondaires lorsqu’elles

existent seules. Les deux ondes arrivent alors en opposition de phase au niveau de ces points.

6. Les interférences son constructives lorsque les deux ondes issues de S1 et S2 arrivent sur l »écran avec un

déphasage ∆ϕ = 2пp. Les interférences sont destructives lorsque les deux ondes p représentent l’ordre

d’interférence.

7. On considère qu’un phénomène d’interférences est observé sur un écran. les franges sont parfaitement

contrastées si les deux vibrations issues de S1 et S2 ont la même amplitude.


A : 3, 4, 6 et 7 B : 1, 3, 5 et 6 C : 2, 5 et 7 D : 1, 2, 4 et 5




Question 20.

On considère un dispositif interférentiel à deux sources secondaires cohérentes S1 et S2 éclairées par une source

primaire S émettant une lumière monochromatique de longueur d’onde 610 nm. La source S est à égale distance de

S1 et S2. Les deux sources S1 et S2 sont séparées d’une distance a = 1,6 mm.

On réalise ainsi des interférences spatiales que l’on peut observer sur un écran placé parallèlement au plan P

contenant S1 et S2 et à la distance D de ce plan.

Entre la frange A d’ordre d’interférence 6 et la frange B d’ordre d’interférence𝟑

𝟐, on mesure une distance égale à

5,49 mm, les deux franges étant situées du même côté par rapport au centre de l’écran.

On place derrière S1 et S2 (sur le trajet des ondes entre les deux sources secondaires et l’écran) deux cuves

identiques en verre de largeur l = 1 cm. On négligera l’épaisseur des parois de ces cuves. La cuve placée derrière S1

est remplie d’un liquide d’indice 1,334. La cuve placée derrière S2 est remplie d’eau (neau = 1,333).


1. Entre la frange A et la frange B, on compte 3,5 interfranges.

2. La valeur de l’interfrange est de 1,22 mm.

3. La frange A est brillante et, en chacun de ses points, le déphasage est égal à 12п radians.

4. La frange B est sombre et, en chacun de ses points, le déphasage est égal à 4п radians.

5. L’écran se trouve à 3 m du plan P.

6. Les deux cuves placées derrière S1 et S2 provoquent un déplacement de l’ensemble du système de franges

de 2 cm du côté de S1.

7. Si l’on remplace le liquide de la cuve placée derrière S1 par de l’eau, la frange centrale, qui a été déplacée

précédemment, revient au centre de l’écran.


A : 1, 4, 5 et 7 B : 5 et 6 C : 2, 3, 6 et 7 D : 1, 2, 4 et 5




Décembre 2013

Question 16.

On considère les trois systèmes optiques, X, Y et Z suivants pour lesquels le point I représente l’un des deux

foyers. AB est un objet réel.

Faire la construction des rayons lumineux pour chacun des trois systèmes afin de déterminer la position et la

nature de l’image A’B’ de l’objet AB.

Système X

Système Y



Système Z


1. Les trois systèmes X, Y et Z sont convergents.

2. Pour les deux systèmes X et Z, le grandissement transversal ϒ est tel que |ϒ| < 1.

3. Seul le système Y donne une image A’B’ pour laquelle le grandissement transversal est positif.

4. Seul le système Z est divergent.

5. Si les distances focales sont de l’ordre du centimètre, le système Y se comporte comme une loupe.

6. Pour les trois systèmes X, Y et Z, l’mage A’B’ est virtuelle.

7. Seul le système X donne une image réelle.


A : 1, 2, 5 et 7 B : 2, 4 et 6 C : 2, 3, 5 et 6 D : 2, 4, 5 et 7




Question 17.


1. Un miroir plan donne d’un objet une image toujours virtuelle.

2. Un dioptre plan est rigoureusement stigmatique pour tous les points de l’espace.

3. Une lentille mince est toujours convergente.

4. Une lentille en forme de ménisque est toujours divergente.

5. Un rayon lumineux monochromatique qui se propage dans l’air (nair = 1) arrive sur un milieu plus réfringent

d’indice n. Ce rayon lumineux subit une réflexion totale lorsque d’incidence i est supérieur à arcsin n.

6. L’image d’un objet réel à travers un dioptre plan est toujours virtuelle, de même sens et de même taille que

l’objet.

7. Soit un objet réel situé à une demi-distance focale du centre optique d’une lentille divergente. Son image à

travers la lentille est virtuelle, droite par rapport à l’objet, plus petite que l’objet et telle que |p’| =𝑓

3.


A : 1, 3, 6 et 7 B : 4, 5 et 6 C : 2, 3, 5 et 7 D : 1, 3, 4 et 7


Question 18.


1. Un faisceau de lumière blanche qui se propage dans l’air (nair = 1) arrive sur la première face d’un prisme en

verre et subit une réfraction. Dans le prisme, il y a séparation des différentes radiations monochromatiques

composant la lumière blanche, chacune de ces radiations progressant dans le verre à sa propre vitesse qui

dépend de la fréquence de la radiation.

2. Pour une radiation monochromatique donnée du spectre visible, l’indice du verre est inversement

proportionnel au carré de la longueur d’onde dans le verre de cette radiation.

3. Dans le prisme, l’angle de réfraction r1 de la radiation lumineuse de couleur jaune est inférieur à l’angle de

réfraction r1 de la radiation lumineuse de couleur verte.

4. A la sortie du prisme, l’angle de réfraction i2 de la radiation jaune est inférieur à l’angle de réfraction i2 de la

radiation verte.

5. Dans un microscope, l’objectif, qui joue le rôle de loupe, donne un objet réel une image réelle, renversée par

rapport à l’objet et plus grande que l’objet.

6. Le pouvoir séparateur intrinsèque d’un microscope optiquement parfait est celui de son objectif car

l’oculaire ne permet pas de séparer des détails qui n’ont pas été séparés par l’objectif.


A : 1, 2, 4 et 6 B : 1, 4 et 6 C : 1, 3, 5 et 6 D : 2, 3 et 4




Question 19.


1. L’éclairement énergétique d’un objet est ce que perçoit une personne observant l’objet. Cet éclairement

dépend de l’intensité énergétique émise par la source éclairant l’objet.

2. Les sources lumineuses émettent des trains d’onde qui sont des fonctions quasi sinusoïdales de période T

mais de durée illimitée.

3. E temps de cohérence d’une source est la durée τ des trains d’onde qu’elle émet.

4. Une source laser correspond à une émission stimulée de photons dont les ondes associées sont en phase, les

trains d’onde émis étant de durée inférieure à celle des trains d’onde émis par des sources lumineuses

classiques.

5. La théorie scalaire fait correspondre à une composante quelconque du champ électronique représentant

l’onde lumineuse monochromatique un champ scalaire sinusoïdal appelé vibration lumineuse.

6. Si plusieurs vibrations se propagent simultanément dans l’espace, la vibration résultante est égale à

l’addition scalaire des vibrations, à condition que les champs électriques qu’elles représentent évoluent dans

des plans très éloignés les uns des autres.

7. Lors d’un phénomène d’interférences, il y a cohérence temporelle si la source primaire S qui émet les trains

d’onde est sur la médiatrice du segment joignant les deux sources secondaires S1 et S2 ou si la différence

des chemins optiques entre S et les deux sources secondaires est très supérieure à la longueur de cohérence

des trains d’onde.


A : 1, 4, 6 et 7 B : 1, 3, et 5 C : 2, 3, 5 et 7 D : 1, 2, 3, 4 et 6




Question 20.

Une source S émettant une lumière monochromatique de longueur d’onde λ = 720 nm, éclaire deux sources

secondaires S1 et S2 distantes l’une de l’autre de 1mm. La source S se trouve à égale distance des deux sources

secondaires. Les ondes issues de S1 et S2 ont la même amplitude. On observe des franges d’interférence sur un

écran placé à 3,00 m du plan des sources S1 et S2.

Soient le point M1 appartenant à la troisième frange sombre et le point M2 appartenant à une frange dont l’ordre

d’interférence est égal à 4. Ces deux franges sont situées du même côté par rapport au centre de l’écran.


1. L’ordre d’interférence de la troisième frange sombre est égal à 5

2 et les ondes issues de S1 et S2 arrivent en

M1 avec un déphasage de 5п radians.

2. La frange dont l’ordre d’interférence est égal à 4 est la quatrième frange brillante et les ondes issues de S1 et

S2 arrivent en M2 avec un déphasage de 8п radians.

3. Les franges sont imparfaitement contrastées.

4. La différence de marche au point M1 est égale à 1,80.10-6 m. au point M2, elle est égale à 3,60.10-6 m.

5. La frange sombre se trouve à 5,40 mm et la frange brillante à 8,64 mm du centre de l’écran.

6. L’interfrange est égal à 3,24 mm.

7. Une lame à face parallèles d’épaisseur 100 micromètres est constituée d’un matériau transparent dont on

veut déterminer l’indice. Pour cela, on place la lame derrière la source S2 : on observe alors, sur l’écran, un

déplacement des franges de 12,6 cm du côté de S2. M’expérience es réalisée dans l’air.

On en déduit que l’indice du matériau de la lame est égal à 1,42.


A : 1, 5 et 7 B : 2, 3 et 4 C : 2, 3, 4, 5 et 6 D : 1, 2, 5 et 7


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