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Tutorat Associatif Toulousain 133, Route de Narbonne

31062 TOULOUSE CEDEX

P A C E S 2018 - 2019

UE 3bis : Biophysique

Préface

Ce polycopié est destiné aux étudiants en Première Année Commune aux Études de Santé (P.A.C.E.S.) en complément des enseignements dispensés à la faculté.

En aucun cas les informations contenues dans ce polycopié ne pourront engager la

responsabilité des facultés de médecine et de pharmacie ou de mesdames et messieurs les professeurs.

Nous nous excusons d'avance si toutefois des QCMs inadaptés nous auraient échappés. Nous vous invitons à signaler toute via le formulaire de soumission d’errata, présent sur

le site du TAT : tutoweb.org/errata.

Ce polycopié a été réalisé, revu, corrigé et complété par les équipes successives de tuteurs.

Un merci tout particulier aux tuteurs de l'année 2018/2019 : Inès Bouillaud et

Neïla Keddari pour leur travail exemplaire.

Compilé par Morgane Genty


– SOMMAIRE – CONSEILS POUR LA BIOPHYSIQUE 7

LES INTERFACES ET ÉCHANGES 9 FICHE DE COURS : LES INTERFACES 9 FICHE DE COURS: ÉCHANGES 13 QCM : Interfaces et échanges 22 CORRECTION DES QCM 26

EQUILIBRES ACIDO-BASIQUES 29 FICHE DE COURS 29 FICHE RÉCAPITULATIVE 36 QCM: Le pH 37 CORRECTION DES QCM 41

BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION 47 FICHE DE COURS 47 FICHE RÉCAPITULATIVE 52 QCM: Dynamique des fluides 53 CORRECTION DES QCM 56

ANNALES ET CORRECTIONS DÉTAILLÉES 59 Concours Blanc 2006 59 CORRECTION DES QCM 61 Concours Blanc 2007 63 CORRECTION DES QCM 65 Concours Blanc 2012 67 CORRECTION DU CONCOURS BLANC 2012 69 Concours Blanc 2013 70 CORRECTION CONCOURS BLANC 2013 72 QCM en vrac 73 CORRECTION QCM EN VRAC 75


CONSEILS POUR LA BIOPHYSIQUE

FICHE DE CONSEIL

→ La calculatrice étant interdite, il vous faut savoir faire tous les calculs à la main. Ne pas hésiter à demander aux tuteurs de vous ré-expliquer comment faire toutes les opérations. Entraînez-vous régulièrement !

→ Au concours, vous aurez 5 QCM de biophy et 15 QCM de physio à faire en 1 heure soit 3 min/ QCM. Prenez l’habitude de vous évaluer régulièrement en temps réel. Si vous bloquez sur un QCM, passez vite au suivant, ne vous laissez pas déconcentrer par un QCM difficile. Ce n’est pas parce qu’un QCM a un énoncé long qu’il est difficile. Dans la majorité des cas vous pourrez au moins répondre à 1 ou 2 items sans réussir à faire tout le reste. Lisez les QCM entièrement avant de les abandonner définitivement. Même si la biophysique ne compte que pour 5 QCM, ne la laissez pas de côté ; ces points sont facilement gagnés en accordant un peu de temps à votre petit poly chéri de biophy. Cette partie-là est plus simple que celle du premier quad !

→ Dès que vous avez une question, allez la poser aux tuteurs ou sur le forum. Ne traînez pas des points obscurs.

→ Soyez LOGIQUE. Si vous répondez à un item qu’A+B = 4 ne répondez pas trois items plus loin que B+A ≠ 4 !!!

→ Aide aux calculs : (a/b) / (c/d) = (a/b) × (d/c) 10-a = 1 / 10a 10a × 10b = 10a+b Pour les concentrations : soit n = quantité de matière en moles

q = masse de matière en grammes Une concentration de 1 M M = masse molaire moléculaire signifie 1mol/L ➔ n = q / M (lire 1 molaire) c = concentration en g/L

m = concentration en mol/L

V = volume en litres ➔ m = n / V = c / M

μ = masse volumique en Kg/L

Attention : Essayez de vous habituer d'entrée à cette notation quelque peu particulière qui va certainement vous changer du lycée... Dorénavant, le professeur est Dieu, et s'il vous parle de m = 0,001, c'est qu'il s'agit bien de la molarité ! : pour les dilutions +++ : Soit la solution de départ A de concentration cA (ou mA) et de volume VA. Quelque soit la dilution effectuée pour obtenir la solution B au final : cA × vA = cB × vB

D’autres aides vous seront distribuées au fur et à mesure des chapitres.


LES INTERFACES ET ÉCHANGES

FICHE DE COURS : LES INTERFACES

I. Interface Liquide/Gaz 1. Liquide pur/air (avec eau/air) Dans un récipient contenant un liquide, si les forces d'attractions qui s'exercent entre les molécules en plein centre s'équilibrent, il n'en est pas de même pour les molécules situées à la périphérie du récipient. En effet, la résultante des forces d'attractions ΣF sur ces molécules est dirigée vers le bas, et elles sont donc attirées par les molécules du dessous, se comportant comme une membrane élastique tendue, qui tendra à être la plus petite possible (Théorie de Laplace).

Cette tension qui s'exprime au niveau de chaque interface est représentée par la tension superficielle σ (rapport de la force ΣF sur une unité de longueur de l'interface : N.m-1, ou une variation d’énergie superficielle ΔW par unité de surface ΔS)

Si la température alors σ (augmentation de l'agitation thermique → diminution des forces ↗ ↘ d'attraction et ΣF diminue)

Chaque solution pure donnée a une Tension superficielle σ spécifique : forte pour l’eau → Surface de séparation tend à être la + faible

Il existe plusieurs cas d'interfaces dont :

Liquide dans un récipient (eau dans un verre). La force de la pesanteur tend à augmenter la surface de séparation air-eau.

Liquide dans l'air (goutte de pluie) : goutte sphérique (la plus faible surface externe possible...) en apesanteur mais qui prend une forme aérodynamique avec la pesanteur. Pour une interface courbe, il existe du côté de la concavité (côté creux c'est à dire à l'intérieur de la goutte) une surpression : Loi de Laplace : ΔP = 2σ / r (pour une sphère).

Gaz dans un liquide (bulle dans un liquide : boisson gazeuse) : similaire à la goutte de pluie (ce n'est que le cas opposé...) : ΔP = P1 – P2 = 2σ / r

Bulle dans l’air : il existe ici 2 interfaces liquide/air donc en théorie 2 rayons différents mais par approximation 2 rayons identiques soit : ΔP = 4σ / r

Remarque : si V de la sphère (jusqu’à V lim), r et ΔP (la surpression dans les grandes bulles est ↗ ↗ ↘ plus faible que celle dans les petites bulles).


2. Solution aqueuse/air (ex : solution micromoléculaire, colloïdale, gel)

S = solvant, A = soluté, < > = affinité : si S↔S = A↔A = A↔S => rien à dire (la solution se comporte comme une solution pure) si S↔S > A↔S (si l’affinité entre 2 molécules de solvant + forte que l’affinité entre 1 molécule de solvant et 1 molécule de soluté) → le soluté est un surfactant donc il σ (le ↘ soluté évite les endroits où il y a beaucoup de solvant, il se retrouve donc à l’interface ou sur les parois ; l'attraction A↔S étant plus faible, il y a donc diminution de la tension superficielle)

Remarque : les surfactants ont souvent 2 parties : une partie hydrophile et une partie hydrophobe

si S↔S < A↔S (forte affinité du soluté pour le solvant) → soluté à l’intérieur tend à σ↗ Remarque : en pratique σ peu ou pas car σ(eau) déjà très forte↗ Conclusion : Les rares solutés qui modifient la σ de leur solvant sont appelés agents tensioactifs ; ils peuvent soit la σ soit la σ, dans ce dernier cas ce sont des surfactants.↗ ↘ 3. Application biologique : l’alvéole pulmonaire

on considère les échanges air/plasma/hématie comme une seule interface sphérique air/liquide

ΔP = 2σ / r L'hypophase (gel + surfactant) (le surfactant pulmonaire très peu soluble dans l'eau (à la surface du gel), au contact avec l'air alvéolaire et l'épithélium capillaire), permet d'empêcher la rétractation spontanée des alvéoles :

si on étire l'alvéole (r ) => [surfactant] donc σ => ce qui s'oppose à l'étirement.↗ ↘ ↗ si on réduit l’alvéole ( r ) => [surfactant] donc σ => tendance à l’étirement↘ ↗ ↘

Donc variations de taille et pression dans les alvéoles compensées par variations de tension superficielle, soit de surfactant → maintien des surfaces d’échanges gaz/liquide (air alvéolaire/sang) → Hématose optimale pendant les phases respiratoires (selon loi de Henry) Il faut retenir que σ et r varient dans le même sens !!! →→ pour que ΔP reste

environ constante quelque soit la taille de l’alvéole (inspiration/expiration) Donc le surfactant pulmonaire (alvéolaire) permet d’éviter que les petites alvéoles (P +++) ne se vident dans les grandes (P +) pour équilibrer les pressions ; il permet ainsi le maintien de la surface d’échange alvéolaire : si manque de surfactant → grave maladie respiratoire (diminution de la surface d’échange : si 2 bulles de surface A et B fusionnent en une seule bulle de surface C alors C < A + B).


II. Interfaces Solide/Gaz et Solide/Liquide 1. Interface solide/liquide

L’eau a une forte affinité pour le verre propre : elle monte contre la pesanteur, c’est la notion de mouillabilité. L’eau a de l’affinité pour les fibres : c’est la notion d'imbibition .

La surface de contact liquide/solide est proportionnelle à l’affinité :

Si on met un soluté dans l’eau (solution aqueuse) il modifie le comportement du solvant vis à vis du solide (augmente ou diminue l’affinité). Remarque : notion d’angle limite de contact spécifique (0°mouillant < ϴ <180°non mouillant) et de forme de l’interface (mouillabilité, voir tableau), différents selon σ (entre Sol/liq, liq/gaz, gaz/sol) 2. Application Biologique : l’embolie gazeuse Lorsqu’on progresse dans un vaisseau sanguin la Pression diminue, et elle est donc faible dans les petits capillaires. L'apparition de bulles gazeuses, qui freinent la pression sanguine, peut aboutir à un arrêt de la circulation sanguine : c’est l’embolie gazeuse.

III. Adsorption sur un Solide Adsorption =fixation de molécules de gaz ou de soluté sur la surface du solide. Solide / gaz ou soluté : adsorption de molécules de gaz ou de soluté sur le solide (liaison Van der Waals)

notion de sites de fixation → beaucoup de molécules fixées ⬄ [molécules Libres] .↘ liaison réversible (→ vers un équilibre) donc faire attention dans les QCM : la quantité de molécules pouvant être fixées par adsorption est limitée, de plus les molécules se fixent et sont libérées selon un équilibre dynamique.

1. Concentration en sites de fixation à la surface du solide

On regarde la surface de contact des sites et la densité en sites : Notion de sites = notion abstraite : si beaucoup de molécules fixées (forte affinité pour un type de molécule donnée) alors concentration ([ ]°) en site élevée. (surface de contact (surface développée) → densité en sites de fixation )↗ ↗


Sites, affinités variables : les différences d’affinités entre 2 substances (liquides ou gazeuses) en solution pour un même solide permettent de séparer ces 2 substances (par deux [ ]° en sites de fixation différentes).

Pour une séparation de plusieurs solutés avec plusieurs solides on s’intéresse a la [ ]° de molécules libres (pression partielle pour les gaz)

2. Equilibre de [ ]° libre/lié (échanges permanents)

Loi d’action de masse :

n = [ ]° en sites occupés et N = [ ]° totale en sites → N - n = [ ]° en sites libres C = [ ]° en molécules restée libres K = constante d'équilibre valable pour à une température donnée

Mémo = On peut symboliser l'adsorption par cette réaction réversible : [C] + [N – n] ↔ [n] Tout devient alors plus clair : il nous suffit d'utiliser la loi d' Ostwald avec la constante d'équilibre K pour retrouver notre équation. Remarques : - si T n ( logique : agitation thermique, forces d'attraction Van der Waals)↗ ↘ ↗ ↘

- si N est faible et/ou si C est élevée → la saturation est rapide - si l’affinité est forte → n est fort → (N - n) est faible → la saturation est rapide

En bref: - Retenez surtout les applications qui suivent et l’utilité de ces propriétés dans la fixation des

principes actifs médicamenteux sur les molécules plasmatiques (mécanisme d’action et possibles interactions médicamenteuses).

- La formule n’est pas indispensable pour réussir les QCM (tant qu’il n’y a pas de calculs) mais il faut impérativement la comprendre pour savoir ce qu’il advient lorsqu’un des paramètres varie!

- Dernier conseil d’amis: entrainez-vous bien sur les QCM d’annales de ce type car c’est très souvent le même modèle qui retombe!

3. Application La chromatographie en phase gazeuse concerne l'adsorption gaz/solide

Plus la molécule se fixe rapidement au support solide, plus elle est affine pour ce support et plus elle sera détectée lentement par le détecteur → la concentration libre du soluté « affine » diminue plus la molécule se fixe loin et support solide, moins elle est affine pour ce support et plus elle sera détectée rapidement par le détecteur

La chromatographie sur couche concerne l'adsorption soluté/solide : Plus la molécule se fixe rapidement sur la couche, moins elle est affine pour le solvant Plus la molécule se fixe en haut de la couche, plus elle est affine pour le solvant

Cela permet de dissocier les différents composants d'une solution + technique de purification et d’analyse quantitative. Le phénomène d’adsorption se retrouve dans le plasma : → macromolécules=grains solides qui fixent molécules endogènes (hormones) ou exogènes (médicaments). D’où : médicament peu lié → action intense et rapide, susceptible d’être éliminé par le rein (fraction libre = échangeable).


FICHE DE COURS: ÉCHANGES Petit rappel (ça fait toujours du bien!)


I. Liquide-gaz 1. Vaporisation

o En atmosphère limitée : Vaporisation puis flux de retour (liquéfaction : due à la pression exercée par la vapeur d'eau dans la phase aqueuse). Au bout d'un certain temps, vaporisation = liquéfaction, à cet instant TV = TVS :

✓ TV : Tension de vapeur : concentration d'eau dans la phase gazeuse ✓ TVS : Tension de vapeur saturante : concentration d'eau maximale dans la phase

gazeuse. Elle augmente lorsque la température augmente et diminue lorsque la pression augmente. Quand T TVS et quand P TVS (c’est logique, si la pression ↗ ↗ ↗ ↘ augmente, les molécules d’eau à l’état gazeux ont moins de place, par conséquent elles retournent à l’état liquide).

Important : A chaque couple température – pression correspond une TVS précise.

Influence d’un soluté : Le soluté retient les molécules de solvant → flux de vaporisation et de liquéfaction ↓ → propriétés de changement d’état du solvant sont ainsi modifiées (ex : NaCl (sel) dans l’eau → T° de solidification modifiée) A l’équilibre : 2 flux sont égaux donc TVS ↓ toujours à l’ajout d’un soluté

En atmosphère illimitée : Quand on met un verre d'eau en plein air au milieu d'un champ, le flux de vaporisation se met en place immédiatement (comme en enceinte close), mais en fonction de la pression gazeuse et de la température de l'air du champ, il y aura différents cas à étudier pour le flux de liquéfaction.

✓ Si TV = TVS : l'atmosphère est saturée en eau (= comme en enceinte close). Le flux de vaporisation est égal au flux de liquéfaction : il n'y a pas d'évaporation. Attention: les 2 flux restent quand même présents (piège possible dans les QCM!)

✓ Si TV = 0 : l'air est parfaitement sec, il n'y a pas de liquéfaction, donc évaporation à vitesse maximale.

✓ Entre ces deux cas extrêmes, on utilise la formule v = k × Remarque : Évaporation = vaporisation – liquéfaction :

✓ Si H = 0 (pression gazeuse totale/ pression atmosphérique), c'est à dire dans le vide, l'évaporation est totale et immédiate.

✓ Si TVS = H, il y a ébullition, la vaporisation est maximale. Degré Hygrométrique = = taux d'humidité dans l'air, il est entre 0 (air totalement sec) et 1 (air saturé d'humidité). Si l'air est saturé en eau, TV = TVS et degré hygrométrique = 1 (100% de saturation). Si l'air n'est pas saturé en eau (cas le plus fréquent), TV différent de TVS, et degré hygrométrique différent de 1. Si l'air est parfaitement sec (très peu probable), alors TV = 0, et degré hygrométrique = 0.


Conséquences biologiques : Pour qu'il y ait thermolyse (évacuation de la chaleur), il faut qu'il y ait évaporation, c'est à dire que vaporisation > liquéfaction (donc si TV du milieu < TVS). (Cela permet un refroidissement de la température corporelle car la vaporisation emporte des calories, alors que la liquéfaction en apporte.) Cas pratique des QCM :

▪ En Amazonie, air saturé en eau :

La sueur ne peut pas s'évaporer, vu que TV = TVS. (degré hygrométrique =1) S’il fait moins de 37°C (température de l'air à l'intérieur des poumons) , l'élévation de température subie par l'air dans les poumons, va faire augmenter la TVS, et permettre l'évaporation de l'eau contenue dans les bronches. S’il fait 37°C et plus, l'air ne sera pas réchauffé dans les poumons, et la TVS ne pourra pas augmenter pour favoriser l'évaporation de l'eau pulmonaire. Dans le cas le plus extrême, de l'eau liquide peut apparaître dans les poumons (abaissement de la TVS). → hyperthermie + pas de thermolyse

▪ Dans le désert du Sahara, air sec (degré hygrométrique = 0)

Quelque soit la température, vu que la pression gazeuse de l'eau dans l'air est nulle, on pourra toujours évaporer de l'eau par les poumons et la peau, donc on peut se déshydrater. → thermolyse +++ si organisme hydraté (lutte contre T°) 2. Solubilisation des gaz

Quand un gaz est en contact avec un liquide, une partie du gaz se dissout dans le liquide.

Loi de Henry : v = s x P - v = volume de gaz dissous en ml - s = coefficient de solubilité en ml de gaz dissous/ml de solvant (si T° → s ↓) ↗ - P = pression partielle du gaz en question en atm (unités à respecter impérativement).

Dans l'organisme (air alvéolaire): - O2 : 100 mm de Hg (garder cet ordre de grandeur en tête) - Constamment au niveau des alvéoles, il y a des dissolutions de gaz pour permettre la respiration. Ces dissolutions sont équilibrées et régies par les pressions partielles des différents gaz contenus dans les alvéoles. Les gaz dissous vont ensuite s'équilibrer entre le sang et les tissus ; il y'a plus d'O2 dans l'air atmosphérique que dans les alvéoles donc passage du gaz vers les alvéoles, et plus de CO2 dans les alvéoles que dans l'air donc passage dans l'air atmosphérique, etc. 3. Embolie gazeuse

Si la pression totale de l'air inspiré change, les volumes dissous changent en conséquence, selon la loi de Henry. Application aux QCM du plongeur (grand classique):

Préalable pour les anciens QCM : les limites vitales de pression partielle des gaz (1,7 atm pour l'O2, et 4 atm pour le N2, au-delà desquelles leur concentration dans le sang devient toxique.


À chaque fois que le plongeur descend de 10 mètres, la pression augmente de 1 atm. Donc à 10 mètres de profondeur, il est déjà soumis à une pression de 2 atm (10 mètres d'eau + 1 atmosphère qui «pèse» sur l'océan). Il devra donc respirer un air de pression totale égale à 2 atm. Sinon, la pression du milieu extérieur écraserait sa cage thoracique. La pression interne et externe doivent être les mêmes, Quand il descend de y mètres équivalent à x atmosphères, les volumes de gaz dissous sont multipliés par x. Donc pour répondre à ces QCM, il faut vérifier que sa pression partielle en O2 sera suffisante (de l'ordre de 100 mmHg), mais pas supérieure à 1,7 atm. Il faudra aussi vérifier la toxicité du N2.

En phase de remontée trop rapide, le corps ne va pas pouvoir éliminer l'excès de gaz dissous dans les tissus profond. Or la pression de l'air diminuant trop rapidement, le volume de gaz dissous dans le liquide va diminuer, entraînant la formation de bulles d'air : c'est l'embolie gazeuse (cf cours sur les interfaces). On doit donc systématiquement respecter des paliers de décompression pour remonter (remonter progressivement). Exemple des boissons gazeuses : quand on ouvre la bouteille, la pression ↓↓ au-dessus du liquide -> passage à l’état gazeux (gaz dissout apparait sous forme de bulles).

II. Diffusion libre

Il faut retenir qu'à même volume, deux gaz ou deux liquides se mélangent en mêmes proportions de manière homogène, et ce, sans dépense d'énergie. C'est la notion de diffusion. Il en va de même pour un soluté dans un solvant ; il y aura homogénéisation, et le volume et concentrations finales dépendra uniquement des volumes et concentrations initiaux. Cela est dû à l'agitation thermique, phénomène non orienté, qui provoque donc cette diffusion, qui elle est un phénomène orienté (flux de matière vers partie la moins concentrée en soluté considéré). La loi de Fick dm/dt=-D*dc/dt*S nous permet de comprendre que le transport s'effectue en sens inverse du gradient de concentration, plus le gradient est « fort » et plus le flux de matière sera important.

III. Interposition d'une membrane

1. Pression osmotique La pression osmotique π ne dépend que de la concentration molale du soluté «retenu» par la membrane. Les solutés qui diffusent librement sont dits osmotiquement inactifs. On a:

π = Δh.ρ.g et π = K.m’.T (loi de Pfeffer et Raoult)

✓ K = coefficient. de proportionnalité ✓ m’ = molalité du soluté qui ne diffuse pas ✓ T = température absolue (c'est à dire en Kelvin)

pour les molécules. neutres: π = K.Σm’.T (loi de Pfeffer et Raoult) pour les molécules. Chargées: π = K.Σim’.T (loi de Pfeffer et Raoult) → retenir pour les QCM (pour calculer Δt par exemple) que K = 1,85/osmole de solution) Si une membrane est placée entre 2 milieux de pressions osmotiques différentes alors les π s’équilibrent par transfert d’eau (mb semi-perméable) ou de soluté (mb dialysante).


2. Loi de Van t’Hoff

Elle démontre que la Pression Osmotique est comparable à la Pression gazeuse : π = K.m’.T ⬄⬄ π = K (n/V).T ⬄⬄ πV = nKT or K = R donc πV = nRT

à 0 ° 1 mole dans 1 L développe une π de 22,4 atm à 0° 1 mole dans 22,4 L développe une π de 1 atm

Remarque : pour calculer π, on préfère utiliser m’ car dans 2 solutions de même m on peut avoir 2 m’ différents (quantité d’eau différente) mais pour les petites particules m = m’, et dans tous les cas m ≤ m’. ➔ il faut s’adapter à l’énoncé des QCM, si on ne peut connaître que m' alors les calculs de π se feront avec m. 3. Ultrafiltration

C’est le fait d’empêcher la manifestation de π en exerçant une pression inverse à π (inversion du flux de solvant). L’ultrafiltration peut servir au traitement de l’eau de mer en eau douce ou à la dé-ionisation de l’eau du robinet. Dans ces cas l’ultrafiltration nécessite beaucoup d’énergie. 4. Plusieurs solutés face à une membrane 4 variations possibles à partir de ce cas de départ :

✓ Dans le récipient : eau (en blanc) ✓ Au-dessus de la membrane, en noir : le(s) soluté(s)

Cas n°1: diffusion retardée, membrane sans nom

Cas n°2: membrane semi perméable

Le soluté et l’eau diffusent à travers la membrane avec un léger retard par rapport au cas sans membrane ➔ équilibre des concentrations du soluté de part et d’autre de la membrane.

Seule l’eau peut traverser une membrane semi-perméable: le soluté reste dans son compartiment ➔ manifestation de la pression osmotique par élévation du niveau d'eau de hauteur h

Cas n°3: membrane dialysante Cas n°4: l’équilibre de Donnan ( cas de

molécules dissociées )

Le petit soluté diffuse et sa concentration s’équilibre mais pas le gros (ex : PEG ou protéines) qui lui manifeste donc sa P osmotique ➔ la membrane dialysante «trie» les solutés en fonction de leur calibre

Le petit soluté diffuse mais sa concentration reste plus élevée dans l’osmomètre car il est retenu par le gros pour maintenir l'équilibre électrique. Il développe alors aussi une pression osmotique (h'' : due aux microparticules qui auraient dû diffuser) qui vient s'ajouter à celle développée par le gros qui ne diffuse pas (même P que dans le cas n°3 : h) ➔ c'est la pression oncotique (h’’ + h).


5. Isotonie et isoosmoticité

o Isoosmoticité : même concentration en particule (donc même pression osmotique) ⬄ même

osmolalité. Isotonie : pas de flux de solvant entre 2 milieux séparés par une membrane biologique.

Exemple : le plasma et le LI sont isoosmotiques mais pas isotoniques ! Flux de solvant du LI vers les capillaires par la pression oncotique qui s'exerce sur la membrane capillaire (= dialysante).

Une cellule placée dans un milieu : ✓ Isotonique → ne change pas de volume. ✓ Hypotonique → augmente son volume : phénomène de turgescence (solvant va du

milieu hypotonique vers le milieu hypertonique (dans ce cas intracelluaire)) ✓ Hypertonique → diminue son volume : phénomène de plasmolyse

Il faut surtout retenir que l’eau va toujours vers le milieux le plus riche en sodium (Na)!

Le test de HAMBURGER détermine la solidité des hématies : confrontation avec des milieux de plus en plus hypotoniques en [NaCl] jusqu’à destruction des hématies (hémolyse) par ↘ turgescence. (Na Cl → 9,35g/L : solution isotonique, si < 9,35 → milieu devient hypotonique)

i.m ≈ 300 mOsm/kg → isoosmolaire, isotonique (à prendre en compte pour certain QCM piégeux !!)

L’osmolalité du plasma renseigne sur l’état d’hydratation (elle quand la quantité d’eau ↘) et ↗ elle est régulée par :

✓ Les reins : éliminent ou retiennent eau ou sels (si m’ retiennent l’eau et éliminent ↗ des sels)

✓ Les poumons : (voir « Echanges ») peuvent éliminer de l’eau ✓ La sueur : (voir « Echanges ») peut éliminer de l’eau

Donc en cas d’insuffisance hépatique ou rénale par exemple, avec hyponatrémie et hypoprotéinémie → œdèmes car plasmolyse cellulaire, et donc milieu interstitiel .↗

Pour l’hydratation des cellules on assimile l’Osm du plasma à celle des cellules (car on ne peut pas mesurer l’osm des cellules en pratique courante)


On peut mesurer l’osmolalité du plasma par : ✓ Cryoscopie : idéal mais rare et cher ✓ Natrémie : facile mais moins fiable ✓ Calculs à partir d’un bilan biologique : + fiable que la natrémie

IV. Propriétés colligatives Ce sont les propriétés qu’un soluté apporte à la solution, elles ne dépendent que de la concentration en particules du soluté → la présence d’un soluté :

la TVS (voir « échanges et diffusion »)↘ la température d’ébullition (retient l’eau le plus longtemps possible) ex: eau salée des pâtes↗

met plus de temps pour bouillir (les pâtes en PACES, c’est la base!!!) la température de solidification (pour la même raison) ex: le sel l’hiver sur les routes↘

enneigées permet de ralentir la formation du verglas. Pour déterminer les variations de :

la TVS, on cherche ΔF = K1.Σ im’ .T la T d’ébullition, on cherche ΔE = K2.Σ im’ .T la T de solidification, on cherche Δt = K 3.Σ im’ .T ( Δt cryoscopique)

4 manières pour déterminer im’ en fonction de l’osmolalité supposée :

(Donc → exemple de QCM : A O°C la mesure du Δt du plasma permet de calculer sa pression osmotique -> vrai !) Donc une seule technique permet de mesurer directement la Pression osmotique vis-à-vis d’une membrane précise. Remarques : à 0°: π = 12 Δt à 37° : π = 13,6 Δt

L’osmolalité représente donc un potentiel de pression Osmotique qui se manifeste ou pas suivant la membrane. Par exemple, l’osmolalité du plasma est de 300 mOsm/kg alors que la pression osmotique développée vis à vis des hématies est de 280 mOsm/kg car il existe des molécules comme l’urée, le glucose ou les gaz qui ne sont arrêtées par aucune membrane et diffusent donc librement.


Exemples de calculs de la pression osmotique : Attention à la membrane utilisée pour les calculs de pression osmotique efficace : si elle est dialysante, seuls les gros solutés manifestent une P osm, si elle est semi-perméable, tous les solutés sont à prendre en compte.

Ex 1 : à 0° solution de PEG (M = 10 000) à 20 g/L confrontée à de l’eau pure par mb dialysante : à 0°, m = 20 / 10 000 = 0,002 mol/L → π = 0,002 × 22,4 = 0,0448 atm = 0,448 m d’eau (voir I.3) et Δt = 0,0448 / 12 = 0,0037°C

Ex 2 : à 37°, Δt = - 0,003°C → π = 13,6 × 0,003 = 0,408 atm

Ex 3 : solution de NaCl (M = 58,5) à 5,85 g/L avec α = 0,8 confrontée à de l’eau pure par membrane semi-perméable à 0°. Alors, m = 5,85 / 58,5 = 0,1 → i = 1 + 0,8 × 1 = 1,8 → im = 0,18 à 0° → π = 0,18 × 22,4 ≈ 4 atm.


QCM (Interfaces et échanges) QCM 1 : Un enfant s'amuse à faire des bulles d'eau savonneuse. A. La surpression à l'intérieur des bulles est de type 2σ/r. B. Cet exemple schématise ce qu'il se passe dans les alvéoles pulmonaires. C. L'air présent dans les bulles est en partie composé d'eau. D. Les bulles éclatent car la pression dans la bulle augmente au fur et à mesure que celle-ci s'élève. E. Si la bulle monte très haut, la pression interne de la bulle va diminuer. QCM 2 : Soit une solution d’Albumine, de concentration m=0.5 mol.L-1. Donnée: constante numérique de proportionnalité : K=1.85°C.osm-1. A. Son osmolalité efficace est inférieure à l’osmolalité efficace que présentera une solution de glucose (à m = 0.9 mol.L-1) vis à vis d'une membrane telle que la paroi d'un capillaire standard. B. Son osmolalité peut se mesurer par technique indirecte. C. Son Δt cryoscopique sera d’environ 1°C. Il sera donc supérieur à celui du plasma. D. Sa TVS est inférieure à celle de l’eau pure. E. Sa TVS est inversement proportionnelle à la concentration en particules. QCM 3 : Soit une solution de pression osmotique de 1140 mmHg. Donnée : 1.5/6 = 0,25. A. A 0°C, son Δt cryoscopique sera de 0.125°C. B. A 37°C, son Δt cryoscopique sera de 84°C environ. C. Si cette pression osmotique augmente, à cause d’une augmentation de température, Δt augmentera lui aussi. D. Si cette pression osmotique diminue à cause d’une diminution de température, Δt diminuera lui aussi. E. La température de solidification de cette solution est inférieure à celle de l’eau.

QCM 4 : A propos des lois de Raoult .Donnée: K=1.85 °C.osm-1. A. La TVS, la température d’ébullition, la température de solidification sont liées à la concentration en particules de la solution. B. Les mesures indirectes, moins sensibles, sont mises en œuvre à partir de 10-² mol.Kg-1, surtout pour des macroparticules. C. Le Δt varie en fonction de la pression osmotique. D et E : Soit 1.45g d’une solution diluée de MgPO4 avec M = 145 ; alpha = 0.8: D. L’osmolalité de la solution est de 0.018 mOsm.kg-1. E. Le Δt cryoscopique de cette solution est d’environ 0.033°C. QCM 5 : Un motard du Paris-Dakar tombe fortuitement en panne, en plein désert. La température extérieure est de 40°C. La TVS, à 40°C, est de 0,074. Le degré hygrométrique est PROCHE de 0. A. La TV aura alors une valeur nulle et le milieu sera alors sec. On aura donc un flux de liquéfaction nul. B. Si le motard était tombé en panne en Amazonie (air saturé en eau), l'évaporation de sa sueur aurait été plus rapide. C. Le motard s'hydrate. L'eau éliminée par la sueur et la respiration se fera à une vitesse proche de la vitesse maximale. D. Le flux de liquéfaction ne dépend que de la pression et de la température, alors que le flux de vaporisation ne dépend que de la teneur en eau de l'air. E. Plus l'air est sec, plus les poumons éliminent de la chaleur.


QCM 6 : Un P1 tombe à l'eau lors d'une balade en mer. Pour le secourir, un ami saute à l'eau en emportant une bouteille, ne contenant que deux gaz : l'O2 et l'He, dont les caractéristiques sont les suivantes :

Température : 0°C. Proportion d'O2 : 6%. Proportion d'He : 94%.

Il arrive à rattraper son ami à une profondeur de 50 m et se met à remonter un peu trop vite. Un peu étourdi par cette remontée rapide, il redescend et se laisse alors emporter à une profondeur de 190 m. A. Les deux amis passent d'une pression nulle à une pression de 6 atm à - 50 m, et enfin atteignent 20 atm à - 190 m. B. A 50 m de profondeur, l'air respiré comprend 0,36 atm d'O2 . C. A 190 m de profondeur, l'air respiré comprend 18,8 atm d'He, et n'est donc pas toxique. D. Cette descente trop rapide a rendu la charge en gaz de la bouteille faible, et nécessite une remontée rapide. Ceci n'aura aucune conséquence sur la santé des deux amis. E. Si toutefois, ils décident de remonter lentement et que la bouteille se vide totalement, ils pourront alors remonter très vite, sans aucun risque.

QCM 7 : A propos des embolies gazeuses. A. Annulée. B. On a besoin de plusieurs cycles cardiaques pour équilibrer et éliminer l'excédent de gaz au niveau pulmonaire. C. L'embolie gazeuse va entraîner l'apparition de bulles, qui présenteront une faible affinité pour la paroi vasculaire. Ainsi, lorsque le vaisseau devient de diamètre inférieur au diamètre de la bulle, il y aura alors arrêt de la circulation sanguine dans les territoires en aval de la bulle. D. Grâce à des bouteilles bien préparées, la survie des plongeurs dans les profondeurs (où les pressions sont fortes) est possible. E. L'O2 est toxique à partir de 75 m de profondeur, alors que l'N2 est toxique à partir de 40 m de profondeur.

QCM 8 : Soit le 31 décembre, il pleut à Toulouse, ce qui désespère les P2 mais ne fait aucune différence pour les P1 puisqu’ils doivent réviser leur biophysique !

Rayon des gouttes de pluie : r = 0.35 cm. Tension superficielle de l’eau : σeau= 0.7 (valeur

adaptée aux unités) Pexterne= 1 atm. A. Une goutte d’eau en suspension dans l’air tend à avoir une forme sphérique qui lui confère une surface de contact maximal avec l’air. B. Les gouttes de pluies ont une forme en poire dans la réalité due aux forces d’attraction très forte que l’eau a pour le sol. C. Deux gouttes se rencontrant tombent immédiatement amoureuses et fusionnent (ssss..) pour former une goutte plus grosse de surface de contact inférieure à la somme de celles des deux gouttes et cela en libérant de l’énergie. D. La valeur de la pression interne des gouttes est de 4 atm. E. Cette même pluie en été aurait des gouttes d’une tension superficielle diminuée.


QCM 9 : On est en présence de deux populations de molécules A et B (A étant gazeux et B étant liquide) dans un récipient fermé. Les forces d’attractions intermoléculaires ne sont pas prédominantes sur les forces de répulsions. Les deux populations ont la même masse spécifique et on sait que le gaz est dix fois moins abondant que le liquide. A. Le mélange considéré est hétérogène. B. Les molécules de gaz vont se regrouper sous forme de bulles gazeuses. C. Si le gaz avait été plus léger, il aurait été sous forme de bulles gazeuses car la masse n’intervient pas dans les phénomènes de surface. D. Si l’on remplace le liquide par un autre gaz (C), B et C se retrouveront l’un sur l’autre en fonction de leurs masses respectives. E. Si le liquide avait été moins abondant que le gaz, on aurait eu des bulles de liquide dans le gaz. QCM 10 : A. Dans un verre d’eau, toutes les molécules sont soumises à une même résultante de force qui est dirigée vers le bas ; elle est à l’origine de la tension superficielle de l’eau. B. Lorsque l’on augmente la température de l’eau, sa tension superficielle augmente. C. Une goutte d’eau en chute libre dans l’air à la forme d’une sphère. D. Une bulle de liquide (bulle de savon) présente une surpression centrifuge qui s’exerce sur le volume d’air intérieur du fait des deux interfaces liquide – gaz qui tendent chacune à réduire leur surface. E. La surpression à l’intérieur d’une goutte de liquide dans l’air est deux fois moins élevée que celle dans une bulle de liquide (de même nature que la goutte). QCM 11 : A. Deux phases liquides sont toujours miscibles. B. Un soluté qui diminue la tension superficielle d’une solution a beaucoup d’affinité pour le solvant. C. Annulé. D. Deux bulles de liquide qui sont au contact l’une de l’autre vont fusionner car la surface de la nouvelle bulle sera moins importante que la somme des surfaces des bulles initiales, ce qui permet de réduire l'énergie de surface. E. Pour créer plusieurs bulles à partir d’une seule, il faut apporter obligatoirement de l’énergie. QCM 12 : A propos de l’alvéole pulmonaire : A. L’entrée d’air au niveau de l’alvéole entraîne une augmentation de pression ce qui augmente le volume de la cage thoracique. B. L’étirement de la paroi alvéolaire entraîne une incorporation de molécules d’eau à la surface de l’hypophase ce qui permet d’en augmenter la tension superficielle. Cela permet de lutter contre un étirement excessif de l’alvéole. C. Le surfactant doit être très hydrophile pour permettre d’attirer les molécules d’eau dans l’hypophase lors de l’étirement de l’alvéole. D. L’alvéole pulmonaire a une surpression interne égale à 2r/σ tout comme une goutte de liquide dans l’air. E. Toute interface liquide-air tend toujours à présenter la plus petite surface possible.


QCM 13 : On réalise une expérience, on dispose de trois lames de verre sur lesquelles on dépose une goutte de liquide ; lame A : goutte de mercure sur verre propre ; lame B goutte d’eau sur verre paraffiné ; lame C : goutte d’eau sur verre propre (dégraissé). (Rappel : le mercure ne mouille pas le verre propre). A. La surface de contact liquide-solide est maximale dans le cas de la lame A. B. Dans les trois expériences, la forme de la goutte sur le solide dépend uniquement de l’influence de l’affinité solide-liquide. C. L’eau sur le verre très propre présente une surface de contact liquide-gaz supérieure à l’eau sur le verre paraffiné. D. Au niveau de la lame B, l’angle de contact compris entre le liquide et le solide est compris entre 0 et 180°. E. Dans le cas d’un mouillement parfait (σ=o), on peut dire que la tension gaz-solide est égale à la somme de la tension superficielle du liquide et de la tension solide-liquide. QCM 14 : Alphonse a fait tomber une pomme au fond d’un seau d’eau. Il veut la récupérer à l’aide d’un outil en fer mais il a peur que ce même outil rouille à cause du contact avec l’eau. A. Il peut tout de même se servir de l’objet en fer car il n’est pas mouillé par l’eau. B. Il peut recouvrir son objet de savon ou de détergent ce qui permettra de faire une couche hydrophobe entre l’objet et l’eau. C. Il peut recouvrir son objet d’huile ce qui évitera l’imbibition du fer par l’eau. D. L’objet en fer sera toujours mouillé par l’eau quelles que soient les différentes couches mises entre lui et l’eau car toutes les molécules métalliques de l’objet en fer interviennent dans le phénomène de mouillement. E. Un objet imbibé par l’eau doit forcément être mouillé par l’eau et réciproquement. QCM 15 : Divers A. Une solution homogène est caractérisée par une prédominance des forces d’attraction moléculaires sur les forces de répulsion. B. Le principe de l’aérosol est de fournir l’énergie nécessaire à l’obtention de bulles de liquides à partir d’un liquide de volume plus grand. C. L’hématose représente les échanges gazeux au niveau des plaquettes. D. La surface d’échange au niveau des alvéoles pulmonaires est de 800m². E. Moins un médicament est lié aux macromolécules plasmatiques, plus il agira vite en théorie mais plus vite il sera éliminé de l’organisme.


CORRECTION DES QCM

Interfaces – Échanges : ce qu'il fallait répondre : 1 : CE 2 : BCDE 3 : AE 4 : AE 5 : CE

6 : BC 7 : D 8 : CE 9 : ABE 10 : E

11 : DE 12 : BE 13 : CDE 14 : Aucune 15 : ABE QCM 1: CE A. Surpression est du type 4σ/r car il y a 2 interfaces liquide/air. B. Dans les alvéoles, ΔP = 2σ/r (une seul interface air/sang). D. La bulle disparaît à cause de l'évaporation de l'eau de la membrane et de la diffusion du gaz. QCM 2 : BCDE A. Le glucose (comme l’urée etc…) est une petite particule et ne présente PAS d’osmolalité efficace avec la paroi capillaire comme membrane. QCM 3 : AE B. 37°C pression osmo = 13.6Δt d’où Δt = 1.5/13.6 ≃ 0,113 °C (attention, pour utiliser cette relation, la pression osmotique est toujours en atmosphère!). C. La pression osmotique peut varier, la température aussi mais Δt reste constant. D. Idem à C. QCM 4 : AE B. Ce sont les microparticules. C. Δt est constante même si la pression osmotique varie. D.i=1+0.8(2-1)=1.8 M=1.45/145=0.01 d’où i.m=0.018 Osm.L-1. Or la solution est diluée donc m=m’ d’où m’=0.018 Osm.kg-1 . E. Δt=K.i.m’=1.85*0.018=0.033°C. QCM 5 : CE A. La valeur de la TV sera proche de 0, vu que le degré hygrométrique est PROCHE de 0, et donc le flux de liquéfaction n'est pas totalement nul. B. Dans le désert, la TV est proche de 0, donc l'air est presque totalement sec, donc la sueur s'évapore presque à la vitesse maximale. En Amazonie (air saturé en eau), donc TV = TVS, la sueur est inévaporable (on ruisselle de sueur). D. C'est l'inverse. QCM 6 : BC A. Attention, au départ, ils partent d'une pression = 1, correspondant à la pression atmosphérique. D. Il existe un risque d'embolie gazeuse en cas de non respect des paliers de décompression. E. Il existe un risque d'embolie gazeuse même en l'absence de bouteille et risque de mort.


QCM 7 : D A. Annulée. B. Au niveau pulmonaire, l'équilibre se fait quasi instantanément, contrairement aux autres tissus. C. Les bulles auront une FORTE affinité pour la paroi vasculaire. E. Cela serait vrai si on avait précisé que l'on se situe dans le cas d'une bouteille contenant un mélange gazeux de même composition que l'air atmosphérique (20% d'O2 et 80% d'N2). C’est un peu piégeux je suis d’accord ! QCM 8 : CE A. Elle tend à avoir une surface minimale. B. La forme en poire est due aux forces exercées par l’air sur la goutte pendant sa chute. En effet l’énergie fournie par les frottements permet l’étirement de la surface de contact entre l’eau et l’air. D. C’est la valeur de la surpression qui est égale à 4 atm, à ne pas confondre avec la valeur de la pression interne de la goutte :

ΔP = P- P0 = 2 σeau/ r ↔ ΔP = 1.4/0.35 = 4 ↔ P- P0 = 4 or P0 = Pexterne= 1 atm; D’où P= 5 atm; QCM 9 : ABE C. La masse intervient dans les phénomènes de surface, en effet les molécules les plus légères se retrouvent au-dessus si les deux polpulations de molécules ne sont pas miscibles. D. Les gaz sont toujours miscibles quelles que soient les forces d’attraction ou de répulsion existantes entre eux. E. Vrai car même masse spécifique.

QCM 10 : E A. Seules les molécules à une distance inférieure à 10 Angströms sont soumises à une résultante de force dirigée vers le bas. B. C’est l’inverse. C. Une goutte d’eau en chute libre dans l’air est soumise à la résistance de l’air lors de la chute et a donc une forme de poire. D. Une bulle de liquide présente une surpression CENTRIPÈTE !! (Attention tous les mots de l’item comptent, soyez bien concentrés).

QCM 11 : DE A. Cela marche pour les gaz mais pas pour les liquides (eau VS huile…). B. C’est l’inverse. C. Annulé. D. Vrai, voir définition sur le cours ( I-3 page 43). E. Vrai, c’est l’exemple de l’aérosol. QCM 12 : BE A. Faux, item important, c’est l’augmentation du volume de la cage thoracique qui permet l’entrée de l’air et l’augmentation de pression. C. Faux, le surfactant doit être hydrophobe. D. Faux, la formule n’est pas correcte, la valeur de la surpression dans ce cas-ci ce calcule avec 2σ/r!

QCM 13 : CDE A. Faux, elle est maximale dans le cas C. B. Faux, l’affinité liquide-gaz (tension superficielle du liquide) et l’affinité solide-gaz jouent aussi un rôle. E. Vrai, dans le cours il y a une formule : σGS = σSL + σGL* cosθ, on prend θ=0 donc cosθ=1 et donc l’égalité est vraie.


QCM 14 : Ø A. Le fer est mouillé par l’eau car quand on le trempe dans l’eau, il ressort revêtu d’une fine pellicule de liquide. B. Le savon ou le détergent va augmenter le mouillement (voir cours). C. L’imbibition par l’eau du fer est impossible car c’est un solide NON poreux, si il y avait eu marqué mouillement au lieu d’imbibition, l’item aurait été vrai. D. Seulement les molécules les plus externes du solide permettent le mouillement donc il suffit que l’objet soit recouvert d’une pellicule hydrophobe pour qu’il ne soit pas mouillé. E. Tout est vrai sauf le réciproquement. QCM 15 : ABE C. L’hématose se passe au niveau de l’alvéole pulmonaire et représente les échanges gazeux (Oxygène, Gaz Carbonique) entre l’air et le sang. Ne pas confondre avec l’hémostase (arrêt hémorragie par les plaquettes). D. Elle représente 80m².


EQUILIBRES ACIDO-BASIQUES

FICHE DE COURS (regroupe les enseignements de biophysique et de physiologie)

1. pH du plasma et des Tissus

pH du plasma : ● facilement analysable (prise de sang veineux ou artériel). ● Valeur « normale » du pH du plasma = 7,4 (légèrement alcalin). Il faut noter

également que le sang veineux, plus riche en CO2, est un peu plus acide que le sang artériel.

● Les limites extrêmes du pH compatibles avec la survie sont 7,0 (soit 100 nmol/L de H+) et 7,8 (soit 16 nmol/L de H+).

● Quand on parle de pH intérieur, c’est le pH du plasma (car sang = hétérogène).

pH intracellulaire : ● Très difficilement mesurable (en recherche sur cellule isolée). ● Quantité importante d'H+ : pH compris entre 5 et 7. ● Tendance permanente à l’acidité car :

→ métabolisme des lipides → acides fixes : H2SO4 et H3PO4 éliminés par les reins. → catabolisme des glucides → acide volatil : CO2 éliminé par les poumons.

Rq : Le maintien de l’acidité est important pour le bon fonctionnement des enzymes du métabolisme et du catabolisme sans lesquelles la survie est impossible.

Régulation du pH : 2 lignes de défense pour assurer la stabilité :

→ systèmes tampons (ST) : surtout Af + sel d’Af et de BF → organes régulateurs du pH : surtout reins + poumons, accessoirement os.

2 possibilités d’action :

→ élimination de la substance trop présente. → récupération de celle qui s’élimine trop.

Rq : Les organes régulateurs « rechargent » les ST pour les rendre à nouveau opérationnel. Globalement, notre organisme est plus armé pour lutter contre les agressions acides.

2. Les systèmes tampons du sang

PRINCIPAUX S.T. :

Bicarbonate HCO3- / acide carbonique H 2CO 3 (→ CO 2) :

● S.T. = mélange d’Af H2CO3 et de sel d'Af et de BF NaHCO3

● pKa = 6,4 et pH = 7,4 → il va alors y avoir plus de sel que d'acide, et on va donc être très loin du mélange équimolaire assurant le meilleur S.T. (en pratique, il y a 1800 fois plus de sel que d’acide).

● Dans l'organisme, H2CO3 ↔ CO2 + H2O. On pourra donc assimiler [CO2] à [H2CO3], et par cette occasion relier CO2 avec HCO3

- : tout ce passe comme si CO2 était un acide faible (de pKa = 6,1) en équilibre avec le bicarbonate.

→ à l'état normal : [HCO3-] / [CO2] # 20


● C’est un système OUVERT sur l’extérieur par les poumons (CO2, H2O) et les reins.

● C’est un S.T. très abondant, notamment dans le LI (le CO2 diffuse très bien).

Phosphate monoacide HPO42- / phosphate diacide H 2PO 4

- : ● Le S.T. à base d'acide phosphorique (H3PO4) correspond à la deuxième fonction acide

de pKa = 6,8 : H2PO4- ↔ H+ + HPO4

2-.

● S.T. = mélange d'Af H2PO4- et de sel d'Af et de BF Na2HPO4

● C'est un système présent dans le plasma et le LI (le phosphate diffuse à travers la

membrane capillaire) mais peu abondant.

Protéinate / Protéine : Les protéines sont des ampholytes et la plupart (ex : albumines) ont un pHi < 7,4. On observe donc une dissociation acide : comportement d'Af donc S.T. avec le sel de BF correspondant (système très abondant notamment dans le plasma et les cellules).

Hémoglobinate / hémoglobine :

● Hétéroprotéine (ampholyte) présente uniquement dans les hématies, sous deux formes : oxygénée (+++ dans le sang artériel) et réduite (+++ sang veineux) → 2 S.T.

● Les pKa de la forme réduite sont mieux centrés sur pH = 7,4 que ceux de la forme oxydée.

RÔLE ET IMPORTANCE RELATIVE DES S.T. : Les ST sanguins étudiés s’occupent de 40 % des H+ surnuméraires, les 60 % restant sont neutralisés par les tampons cellulaire et osseux.

Quantitativement : c'est le système Hémoglobinate et le système protéinate qui sont les plus abondants → neutralisent 15 à 20 % des H+ surnuméraires.

Théoriquement : c'est le système phosphate avec son pKa de 6,8 qui semble le mieux adapté, mais sa trop faible concentration rend son rôle négligeable.

Fonctionnellement : le + performant est le système bicarbonate : Certes son pKa = 6,1 mais il est présente une forte concentration, une bonne distribution, et est surtout ouvert sur l’extérieur donc rapidement rechargeable lorsque le rapport [HCO3

-] / [CO2] varie → Il neutralise 20% des H+ surnuméraires.

3. Organes régulateurs du pH Les organes régulateurs interviennent après les S.T. avec un triple objectif en cas de déséquilibre acido-basique : → Rétention d’une substance qui s’élimine trop.

→ Élimination d’une substance trop présente. → Rééquilibrage du rapport [sel] / [acide] des S.T.

- Les poumons : Ils contrôlent la [CO2] c'est à dire la pCO2 en adaptant immédiatement leur ventilation par réflexe d'autorégulation avec l’aide de chémorécepteurs présents dans l’organisme qui mesurent en permanence la pCO2 :

→ Si pCO2 = trop de CO2 → acidité volatile qu’il faut éliminer → hyperventilation. ↗ → Si pCO2 = il faut limiter la perte de CO2 pour acidifier → hypoventilation. ↘


- Les reins : Ils contrôlent l’excrétion de [H+], [HCO3

-], [Na+] et [HPO4--].

Schéma de l’unité fonctionnelle du rein: le néphron

Le néphron est composé d’un glomérule et d’un tubule. La pré-urine glomérulaire est formée par l'ultrafiltration du plasma, avec un débit d'environ 150 L/jour (cf synthèse). → Pour garder une substance, on a une de la ↗ réabsorption et/ou la sécrétion.↘ → Pour éliminer une substance : on a une de la ↘ sécrétion et/ou une de la réabsorption.↘

- Le Tissu Osseux : capture des H+ et libère des Na+ en échange. 4. Déséquilibres acido-basiques

On parle d'acidose ou d'alcalose quand le pH du sang tend à s'abaisser ou à s'élever. ● Si l'organisme corrige rapidement et efficacement cette tendance sans variation

sensible du pH, on parle d'acidose ou d'alcalose compensée (→ la seule preuve en est alors une modification des concentrations respectives des constituants du S.T. qui sont intervenus).

● Si le pH est modifié, alors la variation est dite décompensée, et on parle aussi

d'acidémie ou d'alcalémie

● /!\ ATTENTION /!\ On prend pour la neutralité le pH physiologique du sang qui est de 7,4. (Car dans l’absolu, un pH entre 7 et 7,3 serait alcalin, mais il est ici considéré comme acide, car <7,4).

Si le déséquilibre est d’origine respiratoire (poumon au sens large), on parle de déséquilibre gazeux ou respiratoire : le pH et pCO2 varient en sens inverse et les reins interviennent comme organes régulateurs.

Si le déséquilibre a une autre origine, on parle de déséquilibre fixe ou métabolique : le pH et [HCO3

-] varient dans le même sens et les poumons et reins (s'ils ne sont pas à l'origine du trouble) interviennent comme organes régulateurs.

Remarque : [HCO3

-] constitue la réserve alcaline de notre organisme, elle permet de lutter contre la tendance à l’acidité. Rq: Dans les QCMs, si le patient présente une fonction respiratoire normale: l’acidité n’est pas due à une accumulation de CO2.


Tableau résumé des différents déséquilibres

Déséquilibres Trouble initial Causes Correction

Acidose

Fixe ou Métabolique

Excès d’acides fixes (non volatils)

Perte de bases

Acidocétose,

Insuffisance rénale aiguë ou chronique

Diarrhées

Poumons : tendance à

créer une alcalose respiratoire →

hyperventilation

Rein : si non atteint : sécrétion H+↗

réabsorption HCO3-↗

Gazeuse ou Respiratoire

Hypoventilation : pCO2↗

alvéolaire, donc plasmatique

Insuffisance

respiratoire aiguë ou chronique

Paralysie des muscles

respiratoires

Coma

Rein : sécrétion H+↗

réabsorption HCO3-↗

Alcalose

Fixe ou Métabolique

Perte d’acide

Excès de Base

Vomissements

Perfusion (iatrogène)

Poumons : tendance à créer une acidose respiratoire →

hypoventilation

Rein : si non atteint : sécrétion H+↘

réabsorption HCO3-↘

Gazeuse ou Respiratoire

Hyperventilation : pCO2↘

alvéolaire, donc plasmatique

Hypoxémie: manque

d’O2 (tumeur pulmonaire ou haute

altitude)

Rein : sécrétion H+↘

réabsorption HCO3-↘


5. Exploration biologique de l’équilibre acido-basique Pour un pH de 7,4 dit “normal” chaque rapport [sel] / [acide] a une valeur dite « normale ». Pour déterminer la valeur des rapports des différents S.T. (et la valeur de chaque concentration impliquée dans le système bicarbonate) on peut pratiquer l’examen des gaz du sang avec des électrodes qui mesurent : → la pCO2

→ la pO2 → le pH

On a donc le pH et à partir de la pCO2 on calcule la [CO2] selon la loi de Henry (V = s.P avec s constante et P la pression partielle cf. fiche échanges et diffusion). En appliquant pH = pKa + log([sel]/[acide]) à l’équation (avec pKa CO2= 6,1), on obtient: pH = 6,1 + log ([HCO3

-] / [CO2]) et on pourra alors déduire [HCO3

-]. Remarque : [CO2]total = [CO2]dissous + CO2 potentiel des HCO3

- et des H2CO3 6. Généralités sur le pH

● pH et [H+] varient en sens inverse → pH= -log[H3O+] or pas d’H+ à l’état libre (H+ + H2O=H3O+)

retenir : [H+]=10-pH ● pH= 0 (acide) ou 14 (basique) → limites arbitraires ! On peut en théorie envisager un pH=-2

ou 16 car dépendant de [H3O+] qui peut être inférieur à 10-14 ou supérieur à 10-1 M. (voir QCM 5 P2016 à ce sujet)

pH des solutions aqueuses d’acides et de bases :

● eau pure = électrolyte faible (H2O ↔H+ + HO-) → α<<<1 ● loi de dilution d’Oswald (d’action de masse) : [H+].[HO-]/[H2O]=K or [H20]≈Cste →

[H+].[HO-]=Ki=10-14 (produit ionique de l’eau) donc si [HO-] alors pH (car ↗ ↗ parallèlement [H+] diminuerait pour compenser la [HO-] afin d’équilibrer l’équation)↗

● Acide (HA) : libère H+ ↔ Base (A-) : fixe H+ → HA/A- = couple Acide base ou conjugués (ex : NH4 (HA) ↔ H+ + NH3 (A-))

Différents types de solutions acides

Calcul du pH de la solution

Exemple (m=10-1)

Mono acide fort (MAF) pH = -log m pH = -log 10-1 = 1

Di Acide fort (DAF) pH = -log 2m pH = -log 2 . 10-1 = 0,7

Mono acide faible (MAf) pH = ½. (pKa – log m) Avec pKa=4,75 pH = ½. (4,75 -log10-1 ) = ½. (4,75 + 1) = 2,875

Di acide faible (DAf) (deux acidités successives donc 2 pKa)

pH = ½. (pKa1 – log m) Avec pKa1=6,4 et pKa2=10,3 (H2CO3) pH = ½. (6,4 -log10-1 )= 3,7


Pour les bases : idem mais avec Kb et pKb

pH des solutions aqueuses de sels : ● Sels = électrolytes forts → totalement dissociés (α=1) ● Sels d’Acide fort et de Base forte : neutre

d’Acide faible et de base forte : se comporte comme une Base faible (pH > 7) d’Acide fort et de Base faible : se comporte comme un Acide faible (pH < 7)

Neutralisation d’un acide faible par une base :

● Effet tampon : amortissement de la variation de pH. ● Protocole du système tampon: mHA + NaOH ajoutée → NaA + H2O ( ce qui correspond à

mAf + BF ajouté → sel Af + H2O. ● x = nb de moles de NaOH ajoutées au temps t / moles de HA initialement présentes à t=0.

➢ Mono Acide faible: (HA ↔H+ + A-) : m=10-2 et pKa = 4

- départ x=0 (pH=3) - loi d’évolution du pH en cours de neutralisation : pH = pKa + log [A-]/[HA] (ou pH= pKa +log[sel formé : mx]/[acide restant : m-mx] → pH = pKa +log x/(1-x) équation de Henderson) - demi neutralisation (x=0,5) pH=pKa et [sel formé]=[Acide restant]=0,5m - neutralisation complète x=1 (pH > 7 car NaA = sel d’Af et BF)

→ Système tampon (ST) : - Acide faible restant + sel de cet Acide faible neutralisé par Base forte →→ ST important en médecine : homéostasie - Base faible + sel de cette base faible et d’un acide fort Rôle : effet modérateur sur les variations de pH en cours de neutralisation, malgré ajout BF → effet tampon (Equilibre acido-basique, très important pour notre organisme). Tout se passe comme si l’acide fort ou base forte ajoutés étaient substitués en proportion équimoléculaire par un acide faible ou base faible, qui fera respectivement ou le pH beaucoup↘ ↗ moins qu’en l’absence de ST.

➢ Di Acide faible


Il existera deux zones tampon. - Neutralisation complète de la première acidité (équivalence) : pH = (pKa1 + pKa2) / 2

Ampholytes : dissociation acide ou basique : Ex type : Acides aminés (ST important +++ dans l’organisme) : - Milieu basique → dissociation acide majoritaire, avec acide fort → se comporte alors comme un acide faible -> forme anionique (-) - Milieu acide → dissociation basique majoritaire, avec base forte → se comporte alors comme une base faible -> forme cationique (+) Pouvoir tampon (efficacité d’un ST) : β = mAF ou mBF ajouté / ΔpH → correspond à la quantité d’acide fort ou base forte rajoutée qui fait varier le pH de 1 → β doit être le plus grand possible !! (or β varie en fonction de [sel]/[acide] si ST à acide faible : pouvoir tampon maximal au pKa de l’acide faible (ou pKb) -> [sel]=[acide]). Mélange de plusieurs ST : les effets se combinent et la zone protégée est ainsi plus étendue → β ↗ (c’est le cas de l’organisme humain).


Fiche récapitulative spéciale QCM de biophysique, à photocopier/imprimer et à découper

ÉQUILIBRES ACIDO-BASIQUES I. Lexique • pH = Potentiel en Hydrogène, juge de l’acidité + ou - importante d’une solution aqueuse. pH = - log [H⁺]. pH varie alors inversement à [H⁺]. α: constante de dissociation. Une molécule se dissocie entièrement si α=1 et partiellement si α<1.

II. Définition de la notion d’acide et de base: - Théorie ancienne (Arrhenius): un acide libère des H⁺ et une base des HO-. - Théorie moderne (Brönsted): un acide perd un proton H⁺ et une base en reçoit un.

III. pH des solutions aqueuses d’acides et de bases: ● l’eau pure: [H⁺]. [HO-] = Ki = 10⁻¹⁴. À température de laboratoire (25°C),

pH de l’eau pure = - log [H⁺]. De manière simplifiée, H2O ↔H⁺ + HO- donc [H⁺] = [HO-] = √(10)⁻¹⁴ =10⁻⁷, d’où pH eau pure = 7.

● Monoacide fort: m HCl → H⁺ + Cl - avec α = 1, [H⁺] = m, pH= - log m. ● Diacide fort: m H2SO4→ 2H⁺ + SO4⁻⁻ avec α = 1, [H⁺] = 2m, pH = -log 2m.

→ Les deux protons sont libérés simultanément. ● Monoacide faible: m CH3COOH ↔ H⁺ + CH3COO-, [H⁺] = m.α et pH = -log m.α.

α <1 et n’est pas facilement définissable, alors à partir de la loi d’action de masse [H⁺].[CH3COO-] / [CH3COOH] = Ka; [H⁺] = [CH3COO⁻] = m.α; [CH3COOH] = m - m.α = m (1 - α). Ka = m².α² / m(1 - α) et on écrit alors Ka= m.α² / (1- α) Dans un QCM,si α est proche de 0, on peut arrondir (1 - α) à 1 et l’on obtient: α² = Ka / m, avec Ka = 10-pKa. pH = 1/2 (- log m - log Ka) = 1/2 (pKa - log m)

● Diacide faible: la première acidité, la plus puissante, impose pH = 1/2 (pKa1 - log m), et la seconde acidité ne se manifeste que si la première a été préalablement totalement neutralisé. À neutralisation complète de la première acidité pH = (pKa1 + pKa2) /2.

IV. pH des solutions aqueuses de sels: Sel: électrolyte fort totalement dissociés, α=1. Sel d’acide Fort + base Forte → pH = 7. Sel d'acide Fort + base faible → pH<7. Sel d'acide faible + base Forte → pH >7.

V. Neutralisation d’un acide faible par une base: m HA + NaOH ajoutée → NaA + H2O x = (nb de mol de NaOH ajoutée au temps t) / (nb de mol de HA initialement présentes à t=0) •Quand x=0, pH = 1/2(pKa - log m). • Quand x=1, neutralisation complète, sel af + bF pH>7 •Quand 0<x<1: neutralisation en cours, il reste de l’af et pH = pKa + log([sel]/[acide]) pH = pKa + log( [A-]/[HA] ) ou pH = pKa + log ( mx / m(1-x) ) pH = pKa + log ( x / (1-x) ) On peut aussi écrire pH = pKa — log( [HA]/[A-] ). Sachant que HA↘ et que A- ↗, on aura une variation de pH, mais elle reste beaucoup moins importante que s’il n’y avait pas eu de système tampon.

- Autre cas de figure: neutralisation AF par S.T. Af/sel d’af: NaA + HCl ajouté → HA + NaCl

VI. Système tampon: solution capable d’amortir les variations de pH suite à l’ajout d’aF ou de bF. Il est le plus efficace sur une plage autour du pKa de l’acide faible ou du pKb de la base faible.

● Pouvoir tampon β = Δb ou Δa / ΔpH, avec ∆a ou ∆b quantité d’acide ou de base ajoutée et ∆pH la variation du pH de la solution.

Le pouvoir tampon permet de comparer les systèmes tampons, car plus ∆pH est petit, plus ß sera grand. βmax quand [ sel ] = [ acide ], càd autour du pKa de l’acide faible (car log1=0, et on obtient pH = pKa). Quand on mélange plusieurs S.T, les effets s’ajoutent, la zone protégée est plus étendue et ß↗. ®Tous droits réservés au Tutorat Associatif Toulousain.


QCM: Le pH

QCM 1 : Soit 20 ml d'une solution de HCl dont la molarité est m = 0,4mM (on donne log2 = 0,3). A. Tous les ions H+ sont dissociés car le HCl est un monoacide faible. B. Le pH de cette solution est 3,4. C. Il y a 0,8.10-2 mmol de H+ dans la solution. D. Pour neutraliser cet acide, on pourra verser 100ml d'une solution de NaOH à la molarité 0,8.10-2 mM. E. Si on dilue cette solution au centième, son pH sera basique. QCM 2 : Soit 10ml d'un monoacide HA de molarité m = 0,2mol/L (α = 0.01). A. L'acide HA est un monoacide faible. B. La constante de dissociation de cet acide est égale à 2.10-5. C. Si on dilue la solution dans 90ml d'eau, la constante de dissociation sera plus faible. D. La concentration en H+ est 0,2.10-2 mol/L. E. Le pH de cette solution est 5,4. QCM 3 : Soit un diacide fort (M = 100g/mol) à une concentration c = 2g/L. A. La molarité de la solution est 0,02M. B. Le pH de cette solution est 1,7. On prélève 100ml de cette solution. C. Pour neutraliser totalement le diacide, on pourra ajouter 20ml d'une solution de NaOH de molarité m = 0,2M. D. Pour neutraliser totalement le diacide, on pourra ajouter 800ml d'une solution de NaOH de molarité m = 5mM. E. A neutralisation complète, le pH aura augmenté de 5,6 par rapport au pH de la solution initiale. QCM 4 : On considère une solution A d'un monoacide fort de molarité mA = 0,2mM et une solution B d'un monoacide faible de molarité mB = 4M et de pKa = 3,4. A. Le pH de la solution A est 2,7. B. Le pH de la solution B est 1,4. C. A neutralisation complète du monoacide A, le pH sera supérieur à 7. D. A neutralisation complète du monoacide B, le pH sera supérieur à 7. E. Pour neutraliser la solution B, il faudra une solution de NaOH 20 000 fois plus concentrée que pour neutraliser la solution A. QCM 5 : On considère une solution aqueuse d’acide chlorhydrique à 0,4 M. On vous donne M(H) = 1g/mol ; M(Cl) = 35,5g/mol ; log 16 = 1,2 ; 16/27 = 0,72. A. Le pH de la solution vaut 0,4 mol/L. B. L’acide chlorhydrique est un acide fort donc sa constante de dissociation Ka est forte. C. Si on ajoute 100ml de soude NaOH à 0,4M à 100ml de la solution initiale, le pH final vaut 7. D. Si on ajoute 2,5 litres de soude NaOH à 8,0*10-1 mmol/l à 5ml de la solution initiale, le pH sera légèrement supérieur à 7. E. Dans 250ml de cette solution, il y a 3,65g de HCl.


QCM 6 : Soit un système tampon CH3COOH/NaCH3COO de pKa = 4,75 dans une solution de 1L à 0,1mol/L. A. A pH = pKa, on peut écrire : [CH3COOH] = [Na+] = [ CH3COO-]. B. Si on ajoute 100mL d’acide fort à 0,5mol/L, le pH descend à 4,55. C. Si on ajoute 100mL de base forte à 0,5mol/L, le pH subit une hausse de 0,5. D. Le pouvoir tampon observé dans les items B et C est le même, soit β = 0,1. E. Si le système tampon était dix fois plus concentré, β serait plus grand. QCM 7 : Soit un litre de solution aqueuse de pka = 6,2 contenant de l'acide acétique et de l’acétate de sodium tous deux à une concentration de 0.03 mole/litre. On ajoute 200ml de HCl de 0.1 mole/litre. Données : log : 0,2 = -0,7 A. CH3-COONa correspond à un sel d’acide faible et de base forte. B. La concentration en sel après ajout de HCl est de 0,001 mole/litre. C. Le rapport sel formé/acide restant passent de 1 à 0,2. D. Le pH passe de 6.2 à 5.5 ce qui confirme que ce système est un système tampon car l’écart de pH est faible par rapport à la quantité d’acide incorporée. E. Le pouvoir tampon de ce système est égal à 0,5.

QCM 8 : Le système tampon HCO3- / CO2, dans l’organisme :

A. Est le système tampon quantitativement le plus abondant. B. Est très important parce que son pKa est proche du pH sanguin et de ce fait les concentrations en HCO3

- et en CO2 sont quasi égales. C. Neutralise à lui seul 20% des ions H+ surnuméraires. D. Est dit système tampon ouvert car la concentration de ses constituants est modifiable par les organes régulateurs que sont les reins et les poumons. E. En cas d’acidose respiratoire compensée, il y aura augmentation de HCO3

- et de H+ entraînant une augmentation du pH sanguin. QCM 9 : Un individu qui rentre de son voyage au Mexique présente une acidose métabolique compensée : A. Elle peut être occasionnée par une absorption excessive d’aspirine (acide acétylsalicylique) B. Elle peut être occasionnée par une alimentation excessive en « chili con carne », ayant entraîné chez cet individu l’apparition de diarrhées C. Le rein interviendra comme organe régulateur, si l’individu ne souffre pas d’insuffisance rénale, en diminuant l’excrétion des H+ D. Le pH artériel de l’individu est sûrement inférieur à 7.38 E. Les poumons de cet individu vont créer une hyperventilation le plaçant ainsi en « alcalose gazeuse virtuelle » dans le but de rééquilibrer le pH sanguin. QCM 10 : A propos des systèmes tampon de l’organisme : A. Le système tampon phosphate monoacide/phosphate diacide est qualitativement le mieux adapté dans l'organisme car H2PO4

- est un acide faible de pKa proche du pH sanguin. B. Le système tampon protéinate/protéine est quantitativement le plus important au niveau du liquide interstitiel. C. Le système tampon hémoglobinate/hémoglobine existe sous deux formes, une oxygénée dans le sang des artères et une réduite dans le sang des veines. D. Dans le système tampon bicarbonate/acide carbonique, le bicarbonate est le diacide de formule brute H2CO3. E. L’ensemble de ces systèmes tampons neutralise 60% des H+ surnuméraires, les 40% restants seront neutralisés par les systèmes tampons cellulaires.


QCM 11 : Soit 2 litres de solution aqueuse renfermant 1,1 mole de CH3CH2CH2COOH et 1,1 mole de CH3CH2CH2COOK. On ajoute à cette solution initiale 0,8 mole de KOH, pour obtenir une solution finale. En supposant que l'ajout de KOH ne modifie pas le volume de la solution et avec pKa de CH3CH2CH2COOH = 3,8, Sachant que log(19/3) = 0,8 A. Le pH de cette solution est égal à 3,8. B. La solution finale renferme 0,3 mole/litre de CH3CH2CH2COOH. C. La solution finale renferme 1,9 mole de CH3CH2CH2COOK. D. Le pH de la solution finale est de 4,6. E. Le pouvoir tampon de la solution est égal à 1.

QCM 12 : Soit deux solutions aqueuses. On dispose de 100 mL d'une solution d'acide chlorhydrique HCl, et de 100 mL d'une solution d'acide sulfurique H2SO4. Chacune de ces deux solutions présente une molarité identique : m = 0,1 M. On donne log 2 = 0,3. A. Ces deux acides sont des acides forts et sont totalement dissociés en solution aqueuse. B. Le pH de la solution de HCl est de 1. C. Le pH de la solution de H2SO4 est de 1. D. Si on ajoute un litre de NaOH de molarité m = 0,01 M à la solution de HCl, ce mélange nous donnera un pH de 7. E. Si on avait remplacé HCl par un acide faible avec i = 1,5 ; on aurait alors obtenu un Ka de 5.10-3.

QCM 13 : Soit 100 mL d'une solution d'acide carbonique H2CO3, de concentration 6,2 g/L (M=62) et de coefficient d'ionisation : 1,1. Les constantes de dissociation sont : Ka1 = 10-2,4 et Ka2 = 10-5. Les items C et D sont indépendants l’un de l’autre. A. Le coefficient de dissociation est de 0,05. B. Le pH de cette solution est de 2,3. C. On ajoute à la solution de départ 10 mL de NaOH, à la molarité de 0,5 M. On obtient alors un pH de 3,7. D. On ajoute à la solution de départ 10 mL de NaOH, à la molarité de 1,5 M. On obtient alors un pH de 5. E. Dans la situation de l'item C, on peut considérer que la seconde acidité est négligeable.

QCM 14 : Soit 500 mL d'une solution d'une dibase faible, de molarité 10-2 M. On donne : pKb1 = 5 et pKb2 = 3. Les items C, D et E sont indépendants l’un de l’autre. A. Le pH de cette solution est de 10,5. B. La dibase pourrait être le carbonate de sodium : Na2CO3 : C. On ajoute 125 mL d'acide sulfurique à 1g/L (M = 25). La solution présente alors un pH de 4. D. On ajoute 1 L d'acide sulfurique de m = 0,0025 M. On est alors à la demi neutralisation de la première basicité, et le pH est alors de 3. E. On ajoute 375 mL d'acide sulfurique à 1g/L (M = 50). La solution présente alors un pH de 5. QCM 15 : L'albumine et la globuline sont des protéines plasmatiques dont les pHi sont respectivement 4.8 et 8. A. En milieu alcalin la dissociation de l'albumine fournit préférentiellement la forme cationique. B. Si le pH de la solution est supérieur strictement à 8, l'albumine et la globuline après dissociation fournissent leurs formes anioniques. C. Dans le sang, qui présente un pH = 7.4, c'est la forme cationique de la globuline qui prédomine. D. Dans une solution dont le pH = 8, c'est la forme cationique de la globuline qui prédomine. E. Dans une solution de pH = 6, l'albumine prédomine dans sa forme cationique et la globuline dans sa forme anionique.


QCM 16 : On met en solution aqueuse un monoacide faible qui se dissocie tel que: HA ⬄ H+ + A- On donne : α = 10-3, Ka =1.6x10-7 et 10-1.2 = 0.06. A. La molarité de l'acide présent dans la solution est m = 0.0016. B. Le pH de la solution de départ est de 1,2 car la concentration en H+ est égale à [H+] = 0.06. C. Un acide dont le pKa1 est égal à 4 est moins dissocié que le monoacide faible de l'énoncé. D. Pour que le pH de la solution devienne neutre on doit y verser 1.6x10-4 mol de NaOH. E. Si on verse de la soude dans la solution au moment où le pKa est atteint on peut alors constater une augmentation brutale du pH. QCM 17 : Soit une solution aqueuse (1L) contenant 0.02g d'un acide faible (M = 20) ainsi que le sel de base forte de ce sel. On donne également: Ka(HA) = 10-4, [NaA] = 10-3 et log 0.818 = -0.087. A. Le pH de la solution est de 4. B. On ajoute à présent dans la solution de départ 10mL de HCl à m =10-2 donc la concentration d'acide restant est égale à 10-4. C. Après ajout de 10-4 mol de HCl le pH est de 2.3. D. Après ajout de 10-4 mol de HCl la variation du pH est d'environ 0.09. E. Le pouvoir tampon de la solution est β = 11.10-4. QCM 18 : Soit 1 litre d’une solution C de HI (acide fort) de pH = 4. A 0,8 litre de cette solution, on additionne 0,2 litre d’une solution D de base forte KOH à pH = 11 pour obtenir une solution E finale. Données : M(KOH) = 56g/mol ; M(HI) = 128g/mol ; 1/12 = 0,08. A. La molarité de la solution D est 10-4 mol/L. B. La molarité de la solution C est 10-4mol/L. C. Le pH de la solution E vaut 10,1. D. La concentration pondérale de la solution C est de 0,128g/L. E. Dans 1 litre de solution C, il y a, en tout, environ 6,68x1025 atomes d’hydrogène. QCM 19: Soit un litre d’une solution tampon contenant 1 mol de CH3COOH (pKa=4,75) et 1 mol de CH3COONa. On ajoute 10⁻⁻² mol de HCl. Donnée: log (99/101) = -0,01 A. Le pH de la solution tampon à t=0 est de 4,75. B. À neutralisation totale, on obtient plus de sel que d’acide. C. À neutralisation totale, on obtient plus d’acide que de sel. D. Le pouvoir tampon ß est de 1. E. Le pouvoir tampon du S.T. est 50 fois supérieur à celui d’un litre d’eau, pour une même quantité de HCl ajoutée.


CORRECTION DES QCM Le pH : ce qu'il fallait répondre :

QCM 1: BC A. C'est un monoacide fort. B. Vrai, pH = -log(H+) = -log(0,4.10-3) = -log (22x10-4) = -2x0,3+4 = 3,4. C. Vrai, nH+ = nHCl = 0,4.10-3 x0.02 = 0,8.10-5 mol = 0,8.10-2 mmol. D. nHCl = 0,8.10-2 mmol et nNaOH = 8.10-3x0,1 = 0,8.10-3mmol. E. m = 0,4.10-3 mol/L donc pH = -log(22.10-6) = -2x0,3+6 = 5,4. Donc le pH est acide. QCM 2 : ABD A. Vrai, car α=0.01. B. Vrai, Ka = mα2/(1-α) ≈ mα2 (Cf cours) = 0,2x0,012 = 2.10-5 . C. Ka ne dépend que de la température et de la nature de l'électrolyte, pas de sa dilution. D. Vrai, (H+) = αm = 0,01x0,2 = 0,2.10-2 mol/L. E. pH = ½ (pKa-log m) = ½ (-log Ka-log m) = ½ (-log(2.10-5)-log0,2) = ½ (-0,3+5-0,3+1)= 2,7. QCM 3 : ACDE A. Vrai, m = c/M = 0,02M. B. pH = -log2m = -log0,04 = -log (22x10-2)=-0,6+2=1,4. C. Vrai, nH+ = 0,02x0,1x2 (diacide) = 4.10-3 mol et nNaOH = 0,2x0,02 = 4.10-3 mol. D. Vrai, nNaOH = 0,005x0,8 = 4.10-3 mol. E. Vrai, car à neutralisation complète, pour un acide fort, pH=7. QCM 4 : BDE A. pHA = -log(0,2.10-3) = -0,3+3 = 3,7. B. Vrai, pHB = ½ (pKa-log m) = ½ (3,4-2x0,3) = ½ x 2,8 = 1,4. C. Il sera égal à 7 car c'est un monoacide fort. D. Vrai, car c'est une solution d'un sel d'acide faible et de base forte. E. Vrai, car mB = 4 = 20000xmA. QCM 5 : BCE A. Depuis quand le pH a-t-il des unités ? Mais le pH vaut effectivement 0,4. B. Vrai : Ka = m α² / 1- α ; comme α vaut presque 1, 1-α tend vers 0, le rapport tend vers l’infini ➔

Ka est très forte C. Vrai : il y a autant de base forte que d’acide fort ➔ pH =7 D. On a 0,4(mol/L)x5.10-3(L) = 2.10-3moles de HCl et 8x10-4 (MOL/L)x2,5=2.10-3 moles de NaOH :

autant de base forte que d’acide fort ➔ pH = 7 E. Vrai : m = 0,4mol/L donc dans 250ml il y a 0,1 mole de HCl 1 mole de HCl « pèse » 36,5g donc 0,1 mole pèse 3,65g.


QCM 6 : ACDE B. pH = 4,75+log [(0,1-0,05)/(0,1+0,05)] = 4,75+log (1/3) = 4,75-log3 = 4,25. C. Vrai, 100 mL à 0,5 mol/L correspond à 0,05 mol. pH = 4,75+log [(0,1+0,05)/(0,1-0,05)] = 4,75+log (0,15/0,05) = 4,75+log3 = 5,25 5,25-4,75 = 0,5 D. Vrai, β = Δb/ΔpH = 0,05/0,5 = 0,1 QCM 7 : ACD A. Vrai, c'est l'acétate de sodium. B. Sel = 0,03 - 0,02 (HCl) = 0,01 mole/litre C. Vrai, [acide restant] = 0,03 + 0,02 (HCl) = 0,05 mole/litre

[sel formé] = 0,03 – 0,02 = 0,01 mol/L 0,01/0,05 = 0,2

E. β = Δb/ΔpH = 0,02/0,7 ≠ 0,5. QCM 8 : CD A. C'est le système tampon protéinate/protéine qui est quantitativement le plus abondant. B. Son pKa est éloigné du pH sanguin ce qui constitue un défaut à ce ST. E. Le pH diminuera. QCM 9 : ABE C. Excrétion des H+ augmentée. D. Acidose compensée donc le pH ne dépasse pas les limites. QCM 10 : A B. Il n'y a pas de protéines dans le liquide interstitiel! C. Piège un peu méchant : la forme oxygénée est dans le sang riche en O2 qui peut-être dans des artères (grande circulation) ou des veines (petite circulation) et inversement pour la forme réduite. D. Le diacide présenté est l'acide carbonique, le bicarbonate à pour formule HCO3

- . E. Inversion dans les nombres. QCM 11 : ACDE A. Vrai, l'acide faible et le sel sont en quantité équimolaire. pH = pKa = 3,8 . B. La solution finale renferme 0,3 mole pour 2 litres donc 0,15mol/L. D. Vrai, pH =pKa + log ([sel]/[acide]) donc pH = 3,8 + log (1,9/0,3) = 4,6. E. Vrai, le pouvoir tampon β = Δb/ ΔpH avec Δb = quantité de base ajoutée et ΔpH = variation de pH observée donc β = 0,8/0,8 = 1. QCM 12 : ABD B. Vrai, HCl est un monoacide fort, donc pH = - log m = - log 10-1 = 1. C. Attention, H2SO4 est un Diacide fort, donc :

pH = - log 2m = - log 2.10-1 = - log 2 – log 10-1 = -0,3 + 1 = 0,7. D. Vrai. A neutralisation complète, on est en présence d'une solution d'un sel d'un acide fort HCl et d'une base forte NaOH, on a donc pH = 7. E. Faux. Calculons d'abord le coefficient de dissociation, puis le Ka. i = 1 + α (p-1) = 1 + α ; donc α = 1,5 – 1 = 0,5.

Ka = (α² × m) / (1-α) = (0,5² × 0,1) / (1-0,5) = 0,025/0,5 = 0,05 = 5.10-2.


QCM 13 : DE A. Calculons le coefficient de dissociation. Ici p=2 . i = 1 + α (p-1) = 1 + α ; donc α = 1,1 – 1 = 0,1. B. Calculons d'abord la molarité : m = c/M = 6,2/62 = 0,1 M. pH = ½ (pKa1 – log m) = ½ (2,4 – log 10-1) = ½ (2,4 + 1) = 1,7. C. On ajoute deux fois moins de NaOH qu'il n'y a d'acide, donc on est à la demi neutralisation de la première acidité, donc pH = pKa1 = 2,4. D. Vrai. On a ajouté 1,5 fois plus de NaOH qu'il n'y a d'acide, donc on est à la demi neutralisation de la seconde acidité, d'où pH = pKa2 = 5. E. Vrai. On est à la demi-neutralisation de la première acidité et tant que la première acidité n'est pas totalement neutralisée, la seconde est négligeable (cf cours). QCM 14 : ABC A. Vrai. Le pH d'une dibase faible est de : pH = 14 - ½ (pKb1 – log m) = 14 - ½ (5 – log 10-2) = 14 - ½ (5 + 2) = 14 – 3,5 = 10,5. B. Vrai. Cette molécule est capable de fixer deux protons, et donc, selon Brönsted, il s'agit d'une base ; et comme en plus, cette molécule est capable de capter deux protons, c'est donc une dibase. C. Vrai. La molarité de cette solution d'acide sulfurique est : m = c/M = 1/25 = 0,04 M. On a 125 mL d'acide il y a donc 8 fois moins de moles que dans 1 L soit 0,04/8 = 0,5.10-2 . On a 500 mL de dibase à 1.10-2 il ya donc 2 fois moins de moles que dans 1L soit 0,5. 10-2 . Donc, on a ajouté autant de cet acide qu'il y a de base, donc est à la neutralisation complète de la première basicité, d'où pH = (pKb1 + pKb2 ) / 2 = (5+3)/2 = 4. D. On a ajouté 2 fois moins d'acide qu'il n'y a de base. On est donc à la demi neutralisation de la première basicité, d'où pH = pKb1 = 5. E. La molarité de cette solution d'acide sulfurique est : m = c/M = 1/50 = 0,02 M. On a ajouté 1,5 fois plus d'acide qu'il n'y a de base. On est donc à la demi neutralisation de la deuxième basicité, d'où pH = pKb2 = 3. QCM 15 : BC A. Dans un milieu alcalin (pH>7). La protéine, a un pHi de 4,8 donc pH > pHi donc la protéine se dissocie selon le mode anionique (acide). B. Vrai, pour les mêmes raisons expliquées dans l'item A. C. Vrai, pH(sang) < pHi (globuline). La globuline va capter les ions H+ en se comportant comme un cation. D. pH=pHi donc la protéine se trouve dans les formes anionique et cationique en solution sans que l'une ou l'autre ne prédomine. E. C'est l'inverse. QCM 16 : BD A. Ka = (mα2)/(1-α) avec 1#α car on est en présence d'un acide qui se dissocie faiblement en solution. Il vient: m = Ka/α2. Application numérique : m = (1.6x10-7)/(10-3)2 = 1.6x10-1 B. Vrai. On ne peut pas calculer le pH car le logKa n'est pas donné dans l'énoncé. Pour répondre à cet item il faut donc se rabattre sur le calcul de la concentration en ions H+. [H+] = (Ka.m)1/2 . Application numérique: [H+] = (1.6x10-7 x 1.6x10-1)1/2 = 0.00016 mol/l C. Si pKa1 = 4 ⬄ Ka1 = 10-4. Or 10-4>> 10-7 ce qui signifie que notre acide de l'énoncé est plus faiblement dissocié ou en d'autres termes l'acide dont le Ka est le plus élevé se dissocie davantage que l'acide ayant un plus petit Ka. D. Vrai. L'acidité de la solution due aux ions H+ dissociés est donnée par mα= 0.0016. Il faut donc autant de moles de NaOH pour neutraliser ces H+. E. Cf fig2 poly p.55 : la zone du pKa correspond à une zone tampon donc il n'y a pas de variation de pH (ou très faible) même si on ajoute de la soude.


QCM 17 : ADE A. Vrai. Calculons d'abord la molarité de l'acide: m= c/M = (2.10-2)/(2.101) = 10-3 mol/L. On obtient alors le pH : pH = pKa + log [sel]/[acide] or les concentrations en sel et acide sont identiques donc pH = pKa = 4. B. Dans ce système tampon il y a même concentration de sel et d'acide (cf item A). On ajoute 10-4 mol de HCl donc la concentration d'acide restant correspond à : 0.001 + 0.0001 = 0.0011 mol/L. C. On rappelle que: pH = pKa + log [sel formé]/[acide restant]. Le sel formé (NaCl) résulte de l'action tampon du NaA sur le HCl d'où: [sel formé] = 0.001 – 0.0001 = 0.0009 mol/l. pH = 4 – log(9.10-4)/(11.10-4) = 4 – log 0.818 = 3.913 D. Vrai. La variation du pH correspond à une différence entre 2 pH. Ici ΔpH = 4 – 3.913 = 0.087 ce qui donne 0.09 arrondi à l'excès. E. Vrai. Le pouvoir tampon est le rapport de la quantité d'acide ajouté sur la variation du pH. β = (10-4)/(9.10-2) = 11.10-4. QCM 18 : BCE

A. pH = 11 or pH = -log [H+] ⬄ -log [H+] =11 soit [H+] =10-11mol/L (car log10a = a).

Produit ionique de l’eau Ke = [H+]*[OH-] = 10-14 ➔ [OH-] =10-3mol/L.

KOH = base forte totalement dissociée ➔ m = 10-3mol/L.

B. Vrai : acide fort : pH = -log m ⬄ log m = -pH ⬄ log m = -4 ➔ m =10-4mol/L.

C. Vrai : pour créer E on a mis : - 0,8(L)x10-4(mol/L) = 8x10-5moles de HI (solut° C)

- 0,2(L)x10-3(mol/L) = 2x10-4moles de KOH (solut° D)

La solution C a neutralisé 8*10-5 moles de KOH, il reste donc dans la solution E 12*10-5 moles de KOH qui imposent leur pH.

Même principe qu’à la précédente avec le Ke ➔ [H+]solutionE= 10-14/(12*10-5)

[H+]solutionE= 0,08x10-9=8x10-11mol/L ; pHsolutionE= -log [H+]solutionE

pH = -log 8x10-11 = - (log 2+log2+log2+log10-11) = -(0,3+0,3+0,3-11)=10,1.

D. 1mole pèse 128g donc 10-4 mole pèsent 0,0128g. E. Vrai : 1 litre d’eau = 1kg =1000g ; n = m / M = 1000(g) / 18(g/mol) = 55,5moles d’eau

Dans 1 mole d’eau il y a 2H donc 111 moles d’H (les H de HI sont négligeables)

111moles ⬄ 6,68x1025 atomes de H (Na= 6,022x1023).


QCM 19: ACD Dans ce QCM, on a un litre de solution, alors les valeurs des concentrations ne sont pas différentes des valeurs de la quantité de matière. A. pH = pKa + log ([CH3COONa]/[CH3COOH]) = 4,75 + log (1/1) = 4,75 + log(1) = 4,75. B. On déduit l’équation générale: on neutralise un acide fort par un sel. HCl + CH3COONa → CH3COOH + NaCl. On voit donc que la quantité de sel diminue au profit de l’augmentation de la quantité d’acide faible. D. Pour calculer le pouvoir tampon, on calcule d’abord la variation du pH qu’a engendré l’ajout de l’acide fort. Pour appliquer pH = pKa + log ([CH3COONa]/[CH3COOH]), on calcule les nouvelles quantités de matière. HCl est neutralisé par CH3COONa, donc on soustrait la quantité de HCl neutralisé de la quantité initiale de sel pour avoir la quantité restante et on obtient [CH3COONa] = 1 - 0,01 = 0,99 M. Parallèlement, du CH3COOH est formé et la quantité de matière augmente de 0,01 mol. La nouvelle concentration est donc de [CH3COOH] = 1 + 0,01 = 1,01. Ainsi, pH = 4,75 + log (0,99/1,01) = 4,75 + (-0,01) = 4,74. ∆pH = 4,75 - 4,74 = 0,01, et la quantité d’acide fort ajoutée ∆a = 0,01. ß = ∆a/∆pH = 0,01/0,01 = 1. E. Si l’on ajoutait 0,01 mol de HCl à 1L d’eau pure. pH = -log (H+) = - log (10⁻²) = 2. Le pH de l’eau pure étant de 7, ∆pH = 7 - 2 = 5 et ß eau = 0,01 / 5 = 0,002. On compare les 2 systèmes tampons: ß / ß eau = 1 / 0,002 = 500, et non pas 50.


BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION

FICHE DE COURS

I. Notions de mécanique des fluides 1. Statique d'un liquide v = 0

Loi de PASCAL : quel que soit le fluide immobile, parfait ou réel → p + h.ρ.g = Cte. ● P : pression statique du liquide ou pression hydrostatique ● h.ρ.g : pression de pesanteur

Points 1 et 2 : p1 + h1.ρ.g = p2 + h2.ρ.g → h1 > h2 donc p1 < p2. Points 1 et 3 : p1 + h1.ρ.g = p3 + h3.ρ.g → h1 = h3 donc p1 = p3. → La pression hydrostatique p est la même en tout point de la masse liquide situé à une même hauteur.

Unités de pression : Pascal (Pa) ou mmHg (en pratique)

✓ Torricelli : il est impossible de pomper l’eau au-delà d’une hauteur de 10 mètres ! En effet si on s’imagine un puits de plus de 10m de profondeur, avec une aspiration par pompe à l’aide d’une colonne d’eau : la pression au fond du puits va faire monter l’eau dans la colonne jusqu’à ce qu’il y ait un équilibre entre la pression atmosphérique et la hauteur d’eau (mesure de la pression en mètres d’eau : retenir 1atm ≈ 10m d’eau) → voir QCM de 2017 à ce sujet !

✓ Retenir que plus on prend de l’altitude plus la pression atmosphérique diminue, donc dans le cas de la colonne de mercure, la pression mesurée dans la colonne est moins importante (mesure en mmHg)

2. Dynamique d'un liquide v # 0

Equation de continuité = équation de conservation de la matière : ✓ Pour un liquide incompressible et tuyau rigide, tout ce qui rentre doit à un moment

sortir. ✓ Débit = Sn (section du tuyau) × Vn (vitesse d’écoulement du liquide)= Cte → Si Sn ↘↘

alors Vn ↗↗ ✓✓ Débit toujours constant sauf si l'énoncé le précise !! +++


Théorème de Bernouilli pour un liquide parfait en mouvement permanent : ✓ η (viscosité) = 0 → pas de frottements : régime laminaire ✓ p + h.ρ.g + ½ ρv2 = Cte = E (charge E : énergie totale = énergie potentielle (pression

hydrostatique + pression de pesanteur) + énergie cinétique (pression dynamique))

Conséquences du théorème de Bernouilli sur un tube horizontal :

Tube horizontal donc h.ρ.g constant. Points 1 et 3 : Sn est la même, donc Vn aussi, alors P aussi. Point 2 : Sn a lors Vn ( ½ ρv2) alors P↘ ↗ ↗ .↘ → C'est l'effet Venturi (dans les secteurs rétrécis d'un conduit, la pression statique est plus faible et la vitesse plus grande : il y a une aspiration).

Conséquences du théorème de Bernouilli sur un tube en U :

p + h.ρ.g + ½ ρv2 = Cte = E D constant et Sn constant → Vn (½ ρv2) constant. On en revient alors à la première équation de Pascal... Points 1 et 2 : P1 + h1.ρ.g = P2 + h2.ρ.g → h1 > h2 donc P1 < P2. Points 1 et 4 : P1 + h1.ρ.g = P4 + h4.ρ.g → h1 = h4 donc P1 = P4.


Pression terminale, pression latérale, pression d'aval : ● P terminale (face au flux liquidien) = E ● P latérale (perpendiculaire au flux)= E - ½ ρv2 (= p + h.ρ.g) ● P d'aval (« tourne le dos »au flux)= P latérale – 0,8 ρv2

Remarque : connaître les formules P terminale, P latérale, (et P d'aval) permet le calcul de ½ mv2

donc de v. (P terminale = P latérale + 1/2 ρv2 )

Cas du liquide réel (comme le sang) : frottements et perte de charge ΔE : ● η (viscosité) ≠ 0 → Frottements internes → une partie de l'énergie du liquide se dissipe

sous forme de chaleur → perte de charge ΔE. ● Rectification du théorème : p + h.ρ.g + ½ ρv2 + Chaleur dégagée (ΔE) = Cte

p + h.ρ.g + ½ ρv2 + ΔE = Cte D constant et Sn constant → Vn (½ ρv2) constant. Points 2 et 3 : h.ρ.g constant. Entre les deux points, la chaleur totale dégagée ΔE↗↗ progressivement, d'où P et P2 > P3.↘ +++ : Dans un liquide réel, la perte de charge se traduit par une perte de pression hydrostatique.

II. Résistance à l'écoulement - Viscosité 1. Mise en évidence et définition

Viscosité η : caractéristique des fluides réels se manifestant par des phénomènes de frottement et donc par une résistance à leur écoulement (η s'exprime en Poiseuille Pa.s).

→ η et T° varient en sens inverse (la température influe beaucoup sur la viscosité)

Relation de Newton : F = η . S . Δv / Δx (avec Δv / Δx qui représente le taux de cisaillement, ou encore gradient de vitesse d'écoulement)

Remarque : Cette relation ne s'applique pas à tous les liquides réels... (et donc ne s’applique pas du tout aux liquides parfaits car présence de frottements) LIQUIDE NEWTONIEN LIQUIDE NON NEWTONIEN

η et Δv/Δx sont indépendants

la viscosité est cste quelque soit la vitesse d’écoulement

η = f(Δv/Δx )

la viscosité dépend du taux de cisaillement.

Formule valable Formule non valable

Eau, LCR, liquide synovial, liquide interstitiel Solutions macromoléculaires, sang, plasma, sérum


2. Régime d’écoulement

Nombre de Reynolds : Permet de connaître le régime d’écoulement d’un liquide newtonien (!!), à une température donnée, dans un conduit cylindrique (diamètre = d ) :

Re = ρ.v .d / η

✓ Re < 2000 → le régime est toujours laminaire ✓ Re > 3000 → le régime est toujours turbulent (débit et vitesse forts) ✓ 2000 < Re < 3000 → le régime est instable

Attention : ces calculs sont très empiriques !

Régime d’écoulement laminaire et Loi de Poiseuille +++ : ✓ Faible débit ✓ Vecteurs vitesse parallèles ✓ Profil des vitesses parabolique → vitesse proche paroi = 0 et vitesse maximale dans

l’axe Vmax = (r2 . ΔE)/(4.η.Δl) → retenir que le rayon du conduit influe beaucoup sur la vitesse maximale au sein du conduit (et que si la viscosité alors Vmax ↓) ↗ Vmoy = D / π.r² = (r². ∆E) / (∆l.8π) = Vmax / 2

Ne s’applique que pour un liquide RÉEL à écoulement LAMINAIRE, car pour un liquide parfait tout se déplace à la même vitesse !

Rq: Lors du calcul de la vitesse moyenne dans les QCMs à partir du débit et du rayon/section, il est préférable de tout ramener à la même unité, comme par exemple le débit D en m³/min et le rayon r en m (ou la section Sn en m²) pour ne pas se tromper. La loi de Poiseuille définit le débit D relatif à un liquide NEWTONIEN (!!!), dans des conduits cylindriques, rigides, inertes et étroits. (Autant les deux précédentes formules n'étaient qu'à comprendre et à interpréter, celle-ci est à savoir par cœur !!)

D = ∆E.

● Rôle majeur du rayon r (puissance 4). Si rayon × 2 → débit × 24 = 16 ● Rôle de la viscosité η, qui pour un conduit donné, est le seul facteur de variation du

débit Il est ainsi possible d'inverser la formule pour calculer la perte de charge ΔE.

ΔE = [ ] × D

→ Homologie avec la loi d'Ohm U = R.I, avec le facteur de proportionnalité entre [ ] résistance mécanique à l'écoulement. Attention dans certains QCM : pour un liquide réel, newtonien et à écoulement laminaire l’élargissement du conduit ne modifie pas la viscosité !


Régime d'écoulement turbulent : ● Fort débit ● Profil de vitesse aplati ● Perte de charge non proportionnelle au débit et plus importante ● Bruyant (auscultation cardio-vasculaire) :

→ Normalement : aorte, artère pulmonaire → Pathologique : shunts, anémies, sténoses

3. Sédimentation – Loi de Stockes

Loi de Stockes : Objet sphérique en mouvement dans un liquide visqueux → force de frottement f

f = 6 .π. η. r . v (ne cherchez pas à l'apprendre par cœur...) → Soit la force F à l'origine du mouvement : v ( mvt accéléré) donc f aussi, jusqu'à ce que f = F et ↗ ↗ donc que v devienne constante : c'est le régime de STOCKES.

Applications biologiques : ● Vitesse de sédimentation VS : la vitesse de ce processus dépend de la viscosité η du

plasma. Une VS nettement accélérée dénote toujours un état pathologique (états inflammatoires, infections aiguës ou chroniques).

● Centrifugation, Ultracentrifugation : séparation des macromolécules en fonction de leur

taille, de leur forme.


Fiche récapitulative spéciale QCMs à photocopier/imprimer et à découper.

BIOPHYSIQUE DE LA CIRCULATION

1 atm = 760 mm de mercure (mm Hg) sur 1cm² = 1,013 bar = 10⁵ Pa ≈ 10m d’eau . 1 bar = 10⁵ Pa. En médecine on utilise surtout le mm Hg.

•La loi Pascal: p + h.ρ.v = cte pour un liquide immobile, incompressible et isotherme. ∆p + ∆h.ρ.g = 0 avec ρ = cte, p et h variant dans un sens inverse. Équation de continuité: Sn.Vn = Cte, pour un liquide incompressible, à un même débit dans un conduit de calibre variable. La quantité de liquide Q qui entre = celle qui sort avec Q = S1.v1.∆t = S2.v2.∆t Quand conduit cylindrique: Sn = πr². •Théorème de Bernoulli: p + hρg + 1/2ρv² = E. Pour un liquide parfait en mouvement permanent avec un régime d’écoulement laminaire la charge E est cte. Si le liquide n’est pas en mouvement, → loi Pascal. Conséquences du théorème de Bernoulli: dans un secteur rétréci; v↗↗et p↘↘ c’est l’effet Venturi. p terminale (→) = E, p latérale (↑) = E - ½ ρv², p d’aval (←) = p latérale - 0,8 ρv² ≈ E - 1,3ρv² Si liquide réel: p statique (p) + p pesanteur (hρg) + p dynamique (1/2ρv²) + chaleur dégagée = cte. La perte de charge ∆E s’exprime par la quantité de chaleur dégagée et dissipée par unité de volume du liquide. Un liquide réel rencontre une résistance à son écoulement qu’on appelle viscosité. •Viscosité η: force de frottement ou d'entraînement qui s’exprime en Poiseuille (Pa.s) et qui varie en sens inverse de la température. Relation de Newton: F = η.s.∆v/∆x. Un liquide est dit newtonien si sa viscosité η ne dépend pas du taux de cisaillement ∆v/∆x. Rappel: le sang n’est pas un liquide newtonien. Le plasma non plus. •Régimes d’écoulements: -Laminaire lorsque le débit est faible et que les particules ont un un vecteur vitesse // sens de l’écoulement. -Turbulent lorsque le débit est fort, qu’apparaissent tourbillons et que les vecteurs vitesse ne sont pas parallèles au sens de l’écoulement. •Nombre de Reynolds: permet de connaître le régime d’écoulement d’un liquide newtonien à T° donnée dans un conduit cylindrique. Re = ρvd/η. Re < 2000: régime laminaire. Re > 3000: régime turbulent. 2000 < Re < 3000: régime instable. •Écoulement laminaire d’un liquide newtonien: Vmax = (r². ∆E)/(∆l.4η) au niveau de l’axe, distribution parabolique. Vmoy = D / π.r² = D / Sn = (r². ∆E) / (∆l.8π) = Vmax / 2. Si possible dans les QCMs, tout ramener à la même unité avant d’effectuer le calcul. Rappel: 1L = 1dm³. •La loi de Poiseuille définit le débit D = (π.r⁴⁴.∆E)/(∆l.8η). Et pour un conduit donné, son seul facteur de variation est η. Et à partir de cette loi, on peut déduire la perte de charge ∆E = [8η∆l / πr⁴⁴] D •Quand régime turbulent: bruyant, à l’origine de vibrations acoustiques. Le profil des vitesse est aplati, la perte de charge n’est pas proportionnel au débit (pas de formule générale), les frottements sont importants. •Sédimentation: Loi de Stockes: f = 6π.η.r.v. Pour un objet sphérique dans un fluide visqueux, quand la force F à l’origine du mouvement de l’objet est cte, il acquiert un mouvement uniformément accéléré. La vitesse v et la force de frottement f ↗↗ jusqu’à ce que f = F et que f et v deviennent cte → régime de Stockes.

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QCM: Dynamique des fluides

QCM 1 : Du sang circule dans l’aorte ascendante à grande vitesse (régime turbulent) : A. La perte de charge est proportionnelle au débit. B. Si le rayon de cette artère était divisée par 4, la perte de charge serait multipliait par 256. C. Le profil des vitesses d’écoulement est parabolique : la vitesse est plus grande au niveau de l’axe du vaisseau, elle est la plus petite au plus près de la paroi des vaisseaux. D. Dans ce cas de figure la loi de Poiseuille est applicable. E. Le sang est un liquide réel Newtonien. QCM 2 : A propos de la statique d’un liquide, soit un liquide immobile : A. La pression de pesanteur d’un liquide en un point est égale au poids de la colonne d’eau qui le surplombe. B. La pression hydrostatique est la même en tout point d’une colonne de liquide. Seule la pression de pesanteur varie car le paramètre « hauteur » varie. C. La pression de pesanteur à la base d’un récipient d’un litre d’eau cylindrique dont la section fait 10 cm2 et la hauteur mesure 10cm est hρg = 0,1 x 1 x 9,8 = 0,98 N.m-2. D. La pression hydrostatique d’un point situé en haut du récipient est inférieure à la pression hydrostatique d’un point situé au niveau de la base du récipient. E. Une pression de 10 cm d’eau équivaut à 7,6 mm Hg, ce qui signifie que la masse volumique du mercure est environ 13 fois supérieure à celle de l’eau.

Données : masse volumique de l’eau : 1kg/dm3, accélération de la pesanteur g = 9,8 N/kg QCM 3 : A propos des régimes d'écoulement : A. Les régimes laminaires se caractérisent entre autres par le fait que les vecteurs vitesses des particules d'un liquide sont parallèles. B. Le nombre de Reynolds permet de connaître l’état de viscosité d’un liquide. C. Plus le nombre de Reynolds est grand, et plus le liquide tend à être visqueux. D. Selon la loi de Poiseuille, plus le rayon du conduit augmente et moins la perte de charge est importante. E. Dans un conduit donné (longueur et rayon constant), à débit constant, le seul facteur de variation de la perte de charge sous un régime laminaire est la viscosité. QCM 4 : Dans un conduit horizontal dont la section est constante et dans lequel circule en permanence un liquide parfait et incompressible, on place un manomètre mesurant la pression latérale. On lit sur le manomètre que la pression est de 833mmHg. A. Sur un manomètre mesurant la pression terminale on pourra lire une pression de 745 mmHg, B. Sur un manomètre mesurant la pression d'aval on pourra lire une pression inférieure à 833 mmHg mais supérieure à la pression terminale, C. Sur un manomètre mesurant la pression d'aval on pourra lire une pression inférieure aux pressions terminale et latérale, On trouve une pression d'aval égale à 766 mmHg. D. Connaissant également la pression latérale et la masse volumique ρ du liquide, on peut calculer la vitesse d'écoulement du liquide. E. A une distance d du point de départ d'écoulement de ce liquide, la charge du liquide a diminué entre autres par production de chaleur.


QCM 5 : Soit une bille lâchée dans un tube rempli de liquide : A. Elle aura un mouvement uniformément accéléré et ce malgré la force de frottements. B. Le « régime de Stockes » est défini par le moment où la vitesse de la bille devient constante ainsi que la force de frottements. C. La force de frottements est dépendante de la vitesse de déplacement de l’objet mais pas du coefficient de viscosité du fluide. D. Une des applications de la loi de Stockes est la vitesse de sédimentation qui est diminué au cours des événements inflammatoires. E. Une vitesse de sédimentation accélérée dénote toujours un état pathologique. QCM 6 : Soit un liquide newtonien s'écoulant dans un conduit cylindrique (r constant) et rigide. Le régime d'écoulement est laminaire dans ce conduit. On donne : − r = 3 cm3. − ΔE/ΔL = 18. − η = 1,5 Poiseuille. A. Ce liquide newtonien peut être du sang. B. La loi de Poiseuille, qui définit la vitesse d'écoulement du liquide dans le conduit, est applicable dans ces conditions. C. La vitesse maximale vaut 27. D. On peut alors calculer la vitesse moyenne d'écoulement. Elle est de 2,7. E. Dans ce conduit donné, il existe plusieurs facteurs de variations du débit. QCM 7 : Soit un liquide réel newtonien qui circule, à débit constant, dans un tuyau dont les sections sont les suivantes : − Sections 1, 3 et 5 : 8 cm3. − Section 2 : 2 cm3. − Section 4 : 16 cm3. On calcule par ailleurs le nombre de Reynolds pour ce liquide newtonien réel : Re = 3150. A. Si on était en présence de tous les paramètres, on pourrait calculer la vitesse moyenne et maximale d'écoulement. La vitesse est maximale au centre du tuyau. B. Ce liquide peut-être le liquide interstitiel, le liquide céphalo-rachidien ou cérébro-spinal ou le liquide synovial. C. Dans ces conditions, la perte de charge ΔE est proportionnelle au débit (Loi de Poiseuille). On considère maintenant le sang circulant dans des tuyaux de mêmes sections qu'énoncées précédemment. On observe un régime turbulent pour la section 2, et un régime laminaire pour les autres sections. D. Si on place un stéthoscope sur la section 2 du tuyau, on entend des souffles. Il peut alors s'agir d'une sténose. E. On peut prélever ce sang et mesurer la vitesse de sédimentation. Si la vitesse de sédimentation est augmentée, elle permettra de détecter un état inflammatoire.


QCM 8 : Un jeune P2, lors de son premier jour de stage hospitalier, observe avec attention la tubulure d’une perfusion, cylindrique, rigide, inerte et « horizontale » (pour faciliter le QCM). L’infirmière, incollable sur la mécanique des fluides et la thermodynamique, lui annonce qu’il y circule à débit constant un liquide réel, newtonien, et que le nombre de Reynolds calculé de tête (elle a participé 3 fois à l’émission « des chiffres et des lettres ») est de 1664. A. Le régime est laminaire, la vitesse d’écoulement est maximale au centre de la tubulure. B. Avec un liquide de viscosité supérieure (les autres caractéristiques sont inchangées, la vitesse est la même), le régime peut être turbulent. C. Si la tubulure est dotée d’une portion dilatée, la vitesse y sera diminuée donc le débit modifié. D. La charge à l’entrée est supérieure à celle à la sortie, la perte de charge est ΔE = 8 × η× Δl. π r 4 E. Ce qui différencie ce liquide réel newtonien d’un liquide parfait est l’existence d’une résistance à l’écoulement, « la viscosité » QCM 9: Soit un liquide réel newtonien circulant dans un tube rigide, cylindrique et horizontale de section variable autour de 1cm². Le débit est constant et est de 0,1L/min et l’écoulement suit un régime laminaire. A. La pression hydrostatique de ce liquide est plus faible dans les sections rétrécies. B. La vitesse du liquide est la même en tout point. C. La vitesse moyenne du liquide est de 1 m/min. D. Il y a perte de change entre l’entrée et la sortie du conduit. E. À une température plus élevé, la vitesse moyenne de ce liquide serait plus faible. QCM 10: Un vampire en paces tente d’impressionner l’élu de son coeur de par ses compétences en biophysique. Pour cela il se munit d’une poche de sang qu’il verse dans un conduit horizontale rigide de forme cylindrique. A. Il peut affirmer que la somme des pressions hydrostatique, de pesanteur et dynamique du fluide est constante tout le long du conduit. B. Il peut affirmer que la viscosité du sang et son taux de cisaillement sont indépendants. C. Il pourra se servir de la formule de ses cours de biophysique pour trouver le débit D puis la vitesse moyenne du sang. Changeant d’avis, il décide de reproduire l’expérience avec de l’eau. D. Il déduira des données identiques de ses deux expériences. E. Compte tenu de ses résultats, ce vampire n’aura jamais son concours.


CORRECTION DES QCM

Mécanique des fluides : Ce qu'il fallait répondre :

1 : Aucune 2 : DE 3 : ADE 4 : CD 5 : BE

6 : C 7 : BDE 8 : AE 9: ACD 10: Aucune QCM1: Aucune A. l’écoulement est turbulent, la loi de poiseuille n’est pas applicable. La formule de la loi de poiseuille est absolument à savoir par cœur, mais elle n'est applicable que dans le cas d'un régime laminaire ΔE=(8/π×η×Δl/r4)D B. Idem, il s’agit d’un régime turbulent et non d'un régime laminaire (ceci aurait été vrai dans le cas d'un régime laminaire : 44=256) C. vrai pour un régime laminaire mais pas pour un régime turbulent D. l’écoulement est turbulent, la loi de poiseuille n’est pas applicable E. le sang est un liquide réel non newtonien. QCM 2 : DE A. La pression de pesanteur est de la forme hρg, h étant la hauteur sous le point donc plus le point est haut plus la pression de pesanteur est importante. B. Pression hydrostatique et pression de pesanteur varient conjointement de manière à conserver l’équilibre de la loi de Pascal p + hρg = constante. C. A la base du récipient h=0 donc la pression de pesanteur est nulle. E. Vrai :1atm = 10m d'eau = 760mmHg donc 10cm d'eau = 0,1m d'eau soit 760/100 = 7,6 mmHg, on peut écrire que la pression de pesanteur d’une colonne d’eau de 100mm est égale à la pression d’une colonne de mercure de 7,6 mm soit : 100x1xg = 7,6x masse volumique du mercure x g. Donc masse volumique du mercure = 100/7,6 ≈13. QCM 3 : ADE B. Il permet de connaitre le régime d’écoulement. C. Plus il est grand, plus le liquide tend vers un régime turbulent. E. Loi de Poiseuille : ΔE = ( 8ηΔl / π*r^4 )*D donc à longueur ( Δl ), à rayon ( r ), et à débit (D) constant le seul facteur de variation est bien la viscosité( η ). QCM 4 : CD A. La pression terminale est supérieure à la pression latérale puisque le manomètre qui enregistre cette pression est situé face au flux de liquide circulant. B. La pression d'aval est bien inférieure à la pression latérale mais également à la pression terminale. C. Vrai. Même raison que l'item B. D. La vitesse d'écoulement du liquide peut être calculée grâce aux pressions latérale et terminale. La pression terminale correspond à la charge du liquide tandis que la pression latérale correspond à la charge moins la pression dynamique. D'où: ½ ρv2 = Pression terminale (ou E) – pression latérale. Cette expression permet bien d'obtenir (connaissant ρ) la vitesse d'écoulement du liquide. E. D'après le théorème de Bernouilli pour un liquide parfait, incompressible et en mouvement permanent, pour un liquide parfait il n'y a pas de frottements donc pas de perte de charge donc la charge est constante la charge de ce liquide est constante. Donc en tout point du conduit la charge du liquide sera la même.


QCM 5 : BE D'après la relation de STOCKES pour un objet sphérique (là la bille) si la force F à l'origine du mouvement de l'objet est constante (là c'est le cas puisque F est la force de pesanteur), celui-ci va acquérir un mouvement uniformément accéléré. Donc la vitesse v augmente et la force de frottement f aussi jusqu'à ce que f = F de pesanteur – poussée d'archimède (pour ce cas particulier). A partir de ce moment la vitesse devient constante ainsi que la force de frottement. C'est ce qu'on appelle le régime de STOCKES. C. F=6ηπRv donc dépend de coefficient de viscosité aussi. D. Elle est accélérée E. Vrai, (mais n’est plus vraiment d’actualité). QCM 6 : C A. Le sang est non newtonien car sa viscosité dépend de Δv/Δx. Des exemples de liquides newtonien du corps sont le liquide interstitiel, le liquide céphalo-rachidien ou cérébro-spinal et le liquide synovial. B. La loi de Poiseuille est en effet applicable mais elle définit le débit D, et non la vitesse du liquide. C. Vrai, Loi de Poiseuille: Vmax = (r²/4η)×(ΔE/Δl) = (3²/4×1,5)×18 = 27. D. La vitesse moyenne est de: Vmoyenne = Vmax/2 = 13,5. E. Seul η peut faire varier le débit, car r est fixe et la perte de charge ne change pas tout au long du conduit. QCM 7 : BDE A. Cela n'est vrai que pour l'écoulement laminaire! Là le nombre de Reynolds indique qu'il s'agit d'un écoulement turbulent car il est supérieur à 3000. B. Oui car ce sont tous des liquides newtoniens réels. C. Lors d'un écoulement turbulent, la loi de Poiseuille n'est pas applicable!! ΔE ≠ k × D. QCM 8 : AE B. Le nombre de Reynolds est donné par la relation : Re = ρ.v.d/η. Une augmentation de la viscosité η fait diminuer Re (<1664) donc le régime est toujours laminaire car Re < 2000 C. La vitesse diminue mais le débit est toujours constant. D. Il manque le débit dans la formule : ΔE =( 8 η Δl )* D π r4 QCM 9: ACD A. Dans une section rétrécie, conformément à Sn1.v1 = Sn2.v2, la vitesse va augmenter pour que le débit reste constant, et comme v↗ alors p↘: c’est l’effet Venturi. B. Il s’agit d’un liquide réel newtonien en régime laminaire, alors les vitesses seront modélisées par une parabole: avec Vmax au centre de l’axe du tube, et une vitesse plus faible au niveau des parois. C. Comme on se trouve en régime laminaire, il est possible de calculer V moy avec V moy = D / Sn. On a D = 0,1 L/min et Sn= 1cm². On convertir le tout en mètre pour simplifier le calcul. 0,1 L = 0,1dL = 0,0001m³, ainsi D = 0,0001m³/min = 10⁻⁴m³/min. 1 cm² = 0,01dm² = 0,0001m² = 10⁻⁴m². V = 10⁻⁴m³.min⁻¹ /10⁻⁴m² = 1m/min. D. C’est un liquide réel et non parfait, donc il y frottements et perte de charge. E. Faux. On sait que la viscosité varie en sens inverse de la température. Ici si la température augmente, la viscosité diminue et le débit, selon D=(π.r⁴.∆E)/(∆l.8η), augmenterait (car varie en sens inverse de la viscosité). Parallèlement, comme v moy = D / Sn, v moy ↗ quand D↗.


QCM 10: Aucune A. Faux, car le sang étant un liquide réel, il faudra ajouter la perte de charge ∆E à l’équation pour l’équilibrer et avoir une somme constante. B. Faux, car le sang n’étant pas un liquide newtonien, sa viscosité dépend du taux de cisaillement. C. Faux, car le sang n’étant pas un liquide newtonien, aucune formule générale du cours de biophysique n’est applicable. D. Faux, car contrairement au sang, l’eau est un liquide newtonien. E. Faux, car c’est en faisant des erreurs qu’on apprend :)


ANNALES ET CORRECTIONS DÉTAILLÉES

Concours Blanc 2006 (10 QCM, 30 minutes) QCM 1 : A propos des états de la matière : A : L’agitation thermique et les forces répulsives interparticulaires agissent dans le même sens, B : Le passage d’un corps pur de l’état gazeux à l’état liquide s’obtient par diminution de l’agitation thermique, C : Le passage d’un corps pur de l’état gazeux à l’état liquide s’obtient par augmentation des forces d’attraction interparticulaires, D : A l’état solide les molécules ou ions présents possèdent tous une énergie de vibration aux températures supérieures à 0°K (appelé encore « zéro absolu »), E : La fusion d’un solide consomme une énergie fournie par le milieu. QCM 2 : Soit, à l’air libre, un récipient contenant 1 litre d’eau à 37°C. On suppose qu’aucun échange de chaleur ne peut avoir lieu par les parois du récipient. En 1 heure il s’évapore 10 ml d’eau. Sachant que la chaleur latente de vaporisation de l’eau vaut 581 cal/g : A : L’évaporation des 10 ml d’eau nécessite 5 810 cal, B : L’eau liquide perd 5810 cal, C : Au bout d’une heure la température de l’eau liquide est passée à 31°C environ, D : Au bout d’une heure la température de l’eau liquide est passée à 36°C environ, E : Au bout d’une heure, l’agitation thermique moyenne de l’eau liquide est restée inchangée.

QCM 3 : Soit, à 0°C, un mélange gazeux constitué de O2, N2 et He qui développe une pression totale de 10 atm. Ce mélange contient 2 fois plus d’azote que d’hélium. La pression partielle de l’oxygène vaut 1 atm. : A : La fraction molaire de l’hélium vaut 3, B : La fraction molaire de l’azote vaut 6, C : La pression partielle de l’azote vaut 6 atm, D : La pression partielle de l’hélium vaut 3 atm, E : La fraction molaire de l’oxygène vaut 3. QCM 4 : Le mélange gazeux de la question précédente est contenu dans un récipient de 4,480 dm3 : A : La pression mesurée serait supérieure à 10 atm, si le mélange gazeux se comportait comme un gaz parfait, B : Le mélange gazeux est constitué de 12,04.1023 molécules, C : Le mélange gazeux contient 0,2 mole d’oxygène, D : Le mélange gazeux contient 0,2 mole d’atomes d’oxygène, E : A une température de 25°C, la pression totale serait inférieure à 10 atm. QCM 5 : Soit une solution aqueuse de CaCl2 (M=110) à 5,5g/L : A : Le CaCl2 est un électrolyte fort, B : La molarité de la solution est m = 0,05, C : Cette solution contient 0,05 équivalent de Cl- par litre, D : Cette solution contient deux fois plus d’équivalents de Ca++ que d’équivalents de Cl-, E : La fraction molaire du soluté est de l’ordre de 10-3 .


QCM 6 : Soit une solution d’un électrolyte binaire AC (M=50) de molarité m = 0,05 , qui présente une osmolarité de 0,1 osmole/L : A : Son coefficient d’ionisation i est égal à 2, B : Son coefficient de dissociation α est égal à 1, C : La moitié des molécules sont dissociées, D : Il s’agit probablement d’un électrolyte faible, E : La molalité de cette solution est très proche de 0,05. QCM 7 : Soit un médicament (M=1000) présenté en ampoule pour injection, contenant chacune 250 mg du médicament dissous dans 5 ml de sérum physiologique. On met le contenu de 2 ampoules dans un flacon pour perfusion contenant déjà 990 ml de sérum physiologique : A : Chaque ampoule présente une concentration en médicament m = 0,05, B : Le flacon pour perfusion présente une concentration en médicament m = 0,0005, C : Pour administrer 250 mg de médicament par heure il faut régler le débit de perfusion à 500 ml/h, D : Pour administrer 1 g de médicament il faut 4 perfusions successives, E : La diffusion et l’homogénéisation du médicament dans le sérum physiologique sont instantanées. QCM 8 : A propos de l’alvéole pulmonaire : A : Sa face au contact de l’air est constituée d’un gel strictement inextensible, B : La tension superficielle de l’hypophase alvéolaire s’adapte aux variations de pression gazeuse grâce au surfactant pulmonaire, C : Au cours de l’inspiration, la pression gazeuse dans l’alvéole a tendance à diminuer, D : Au cours de l’inspiration, le rayon de l’alvéole a tendance à augmenter, E : Au cours de l’inspiration, la tension superficielle σ de l’hypophase a tendance à augmenter. QCM 9 : Ont un pH neutre toutes les solutions aqueuses : A : De concentration en OH- égale à 10-7Eq/l, B : De produit ionique [H+].[OH-] égal à 10-14, C : De solutés non dissociés, D : D’ampholytes de pHi inférieur à 7, E : De sels d’acides forts et de bases fortes. QCM 10 : Indiquer, parmi les solutions suivantes de même molarité, celles qui ont le même pH : A : Monoacide faible de constante de dissociation égale à 10-5, B : Diacide faible de constantes de dissociation égale à 10-5,4 et 10-6,8, C : Triacide faible de constantes de dissociation égale à 10-5,6 , 10-5,8 et 10-6, D : Tétra-acide faible de constantes de dissociation égale à 10-5,4 , 10-5,6 , 10-5,8 et 10-6, E : Penta-acide faible de constantes de dissociation égale à 10-5,2 , 10-5,4, 10-5,6 , 10-5,8 et 10-6.


CORRECTION DES QCM

BIOPHYSIQUE Novembre 2006 : ce qu'il fallait répondre :

1 : ABDE 2 : ABC 3 : CD 4 : ABC 5 : ABE

6 : ABE 7 : ABC 8 : BC 9 : ACE 10 : BD

QCM 1 : ABDE B.Vrai, refroidissement ou compression (exothermique). C. On ne sait pas agir directement sur les forces d'attraction interparticulaires. E.Vrai, il faut fournir l’agitation thermique. QCM 2 : ABC A.Vrai, 10 mL = 10g, donc Q = m×Lt = 10 × 581 = 5810 cal. B.Vrai, perte de 10 mL d’eau, donc de 5810 cal en énergie. C.Vrai, Q = 5810 = m.c.Δt = 1000 × 1× Δt, d’où Δt = 5810 / 1000 = 5,81°C. => 37° - 5,8 = 31,2°C. D. cf. item C. E. La température est la mesure de l'agitation thermique moyenne, donc si la température a baissé, l'agitation thermique moyenne aussi. QCM 3 : CD Fraction molaire = (moles du mélange)/(moles du gaz) donc toujours inférieure ou égal à 1. A. Elle est de 0,3. B. 0,6. C.Vrai, pO2 = 1 atm, donc pN2 + pHe = 9 atm. Or, pN2 = 2 pHe, donc pN2 = 6 atm et pHe = 3 atm. D.Vrai, cf. item C. E. 0,1. QCM 4 : ABC A.Vrai, (cf cours) Les forces interparticulaires dans un gaz réel provoquent un ralentissement des particules du gaz qui viennent frapper les parois du récipient. La pression mesurée des gaz réels est donc inférieure à celle des gaz parfait. B.Vrai, à 0°C, 1 mole dans 22,4 L => 1 atm

Donc à 10 atm dans 4,480 dm3 => 2 moles (on utilise la relation PV = nRT) (Rappel : 1 dm3 = 1L et 1cm3 = 1mL)

Dans ce mélange, on a 2 moles de gaz donc 2 × N = 2 × 6,02.1023 = 12,04.1023 molécules. C.Vrai, f O2 = 0,1 donc nO2 = 0,1 × 2 moles = 0,2 moles. D. Ici on nous parle d'atomes et non de molécules. Or dans une molécule d'O2, il y a deux atomes d'oxygène donc le mélange contient 0,4 moles d'atomes d'oxygène. E. PV = nRT. Si T augmente, avec n et V constants, alors P augmente. QCM 5 : ABE A.Vrai, c’est un sel et tous les sels sont des électrolytes forts. B.Vrai, m = c/M = 5,5 / 110 = 0,05 mol/L. C. 1 mole de CaCl2 se dissocie en 1 mole de Ca2+ et 2 mole de Cl- donc on a 2 × 0,05 = 0,1 mol/L de Cl- ,donc 0,1 Eq/L de Cl-. D. Les équivalents représentent les équivalents de charge totale d'un élément en solution. Or, une solution d'un électrolyte donné est toujours neutre, donc les équivalents de ses éléments de charge opposé sont toujours en concentrations égales. On a 0,05 mol/L de Ca2+ et 0,1 mol/L de Cl- donc 0,1 Eq/L de chaque.


E.Vrai, 1L d’eau : 1000 / 18 g = 55,5 moles d’eau. f(soluté) = m(soluté) / m totale = 50.10-3 / (55,5 + 0,05) = 10-3 environ. QCM 6 : ABE A.Vrai, osmolarité = im, donc 0,1 = i × 0,05, d’où i = 0,1 / 0,05 = 2. B.Vrai, 2 = i = 1 + α(p - 1) = 1 + α(2-1), d’où α = 2 - 1 = 1. C. Puisque α = 1 toutes les molécules sont dissociées. D. Cet électrolyte est totalement dissocié donc c'est un électrolyte fort. E. Vrai : covolume faible (il s'agit d'un électrolyte). QCM 7 : ABC A.Vrai, on a 250 mg dans 5 ml. Dans 1L, il y en a 200 fois plus, donc 50 g/L, soit m = c/M = 50 / 1000 = 0,05 mol/L. B.Vrai, 500 mg/L = 0,5 g/L. m = 0,5 / 1000 = 0,0005 mol/L. C.Vrai, il y a 500 mg de médicament par perfusion (1L). Or, il ne faut délivrer que la moitié de médicament contenu dans la perfusion par heure (250 mg/h), donc on aura un débit de seulement 500 mL/h. D. 0,5 g/L, donc pour perfuser 1 g de médicament, il faut 2 L, donc 2 perfusions. E. Le phénomène de diffusion se met tout de suite en place du fait de l'agitation thermique mais l'homogénéisation n'est pas instantanée. On peut l'accélérer en augmentant la température ou l'agitation. QCM 8 : BC A. L’interface air-sang, l’hypophase, est extensible, sinon il n’y aurait pas de gonflements/ dégonflements des poumons. C. Au cours de l'inspiration, il se crée une dépression dans les poumons qui va permettre de faire rentrer l'air donc la pression gazeuse a tendance à diminuer. D. Si la pression gazeuse diminue, le rayon a tendance à diminuer. E. Si le rayon diminue, la surface de l'hypophase diminue et cette diminution se fait par évacuation de molécules d'eau, donc la concentration en surfactant augmente et donc σ diminue.

QCM 9 : ACE B. [H+]×[OH-] (le produit ionique de l'eau) est toujours égal à 10-14 quel que soit le pH. C.Vrai, ils n’ont aucun effet sur la dissociation du solvant : H2O.

D. Ils se croient en milieu basique, donc dissociation acide : COO- et H

+.

QCM 10 : BD Pour un acide faible : pH= ½ (pKa1 – log m). Or, ces solutions ont même molarité, donc elles ont toutes le même log m. Il faut donc vérifier que ces solutions aient le même pKa ou Ka. A. Ka1 = 10-5 B.Vrai, Ka1 = 10-5,4 C. Ka1 = 10-5,6 D.Vrai, Ka1 = 10-5,4 E. Ka1 = 10-5,2


Concours Blanc 2007 (10 QCM, 30 minutes) QCM 1 : La notion d'affinité entre les molécules : A : Dépend des forces d'attraction type Van der Wals, B : Son intensité se déduit, en première analyse, de l'état physique : gaz, liquide ou solide, C : Explique la plus ou moins grande solubilité d'une molécule dans l'eau, D : Se manifeste d'autant plus que la température est élevée, E : Permet la mise au point de techniques d'analyse qui séparent des molécules différentes à partir d'un mélange homogène initial.

QCM 2 : Dans un mélange de gaz rares (monoatomiques rappelons-le) Argon, Xénon et Krypton, de pression totale 750 mm Hg à 0°C, la pression partielle de l'Argon étant égale à 120 mm Hg et la fraction molaire du Xénon à 0,8 : A : La fraction molaire du Krypton est égale à 0,04 , B : La pression partielle du Xénon est égale à 600 mm Hg, C : La pression partielle du Krypton est égale à 30 mm Hg, D. Si le mélange gazeux est constitué de 6,02.1023 atomes, son volume est supérieur à 22,4 L. E : Ce mélange gazeux présente toutes les caractéristiques d'un gaz parfait.

QCM 3 : Soit une solution aqueuse CaCl2 de (M = 110) à 5,5 g/L : A : Le CaCl2 est un électrolyte fort, B : La molarité de la solution est m = 0,05, C : Cette solution contient 0,05 équivalent de Cl- par litre, D : Cette solution contient deux fois plus d’équivalents de Ca++ que d’équivalents de Cl-, E : La fraction molaire du soluté est de l’ordre de 10-3 .

QCM 4 : Soit une solution d'un électrolyte binaire AC (M = 50) de molarité m = 0,05 , qui présente une osmolarité de 0,1 osmole/L A : Son coefficient d'ionisation i est égal à 2, B : Son coefficient α de dissociation est égal à 1, C : La moitié des molécules sont dissociées, D : Il s'agit probablement d'un électrolyte faible, E : La molalité de cette solution est très proche de 0,05.

QCM 5 : Soit une solution aqueuse colloïdale d'un soluté lyophile de masse moléculaire M = 106 et de molarité m = 0,0001 : A : Le covolume du soluté est faible, B : La concentration est de 10 g/L, C : Les molécules de soluté sont hydratées, D : Cette solution peut se transformer en gel par ajout d'eau, E : La molalité m' de cette solution est supérieure à 0,0001.

QCM 6 : Soient 4 solutions aqueuses, toutes de même molarité 10-4 mol/L d'un monoacide fort, d'un diacide fort, d'un triacide fort et d'un tétra acide fort (on donne log 2 = 0,30 ; log 3 = 0,47 ; log 4 = 0,60) : A : Le pH de la solution du monoacide est égal à 4, B : Le pH de la solution du diacide est égal à 3,7 , C : Le pH de la solution du triacide est égal à 3,53 , D : Le pH de la solution du tétraacide est égal à 3,4 , E : Ceci confirme bien la théorie qui veut que, à molarité égale, le pH de solutions aqueuses d'acides forts soit d'autant plus bas que l'acide fort considéré renferme davantage de fonctions acides.


QCM 7 : Des diarrhées profuses et prolongées peuvent être à l'origine d'une déviation de l'équilibre acido-basique de type métabolique par : A : Fuite de bases, B : Excès d'acides, C : Fuite d'acides, D : Excès de bases, E : Ces 4 mécanismes. QCM 8 : Le mal des montagnes, apparaissant lors d'un séjour en haute altitude, comporte des troubles de l'équilibre acido-basique qui font intervenir : A : Une diminution de la pO2 dans l'air respiré et dans l'organisme du patient, B : Une hyperventilation réactionnelle, C : Une diminution de la pCO2 dans l'organisme du patient, D : L'installation d'une alcalose respiratoire, E : Une correction rénale, avec excrétion accrue des ions H+, et diminuée des ions HCO3

-. QCM 9 : Le poumon intervient comme organe régulateur dans les déviations de l'équilibre acido-basique d'origine métabolique : A : Dans une acidose métabolique, le poumon hyperventile, B : Dans une acidose métabolique le poumon se place dans des conditions de fonctionnement qui pourraient être génératrices d'alcalose respiratoire, C : Dans une alcalose métabolique, le poumon hypoventile, D : Dans une alcalose métabolique le poumon se place dans des conditions de fonctionnement qui pourraient être génératrices d'acidose respiratoire, E : Le poumon intervient en créant une déviation d'origine respiratoire qui compense la variation d'origine métabolique. QCM 10 : Soit 2 solutions aqueuses différentes par leurs solutés et leurs concentrations. A une instant donné on obtient 2 bulles (air à l'intérieur et à l'extérieur), une de chaque solution, qui présentent le même diamètre : A : Les 2 solutions ne présentent pas forcément la même valeur de tension superficielle, B : Les pressions gazeuses à l'intérieur des bulles sont identiques, C : Les différences de pression entre intérieur et extérieur sont différentes, D : Le diamètre d'une bulle est d'autant plus fort que la différence de pression entre intérieur et extérieur est forte, E : Les 2 solutés ne peuvent être que des surfactants.


CORRECTION DES QCM

BIOPHYSIQUE Novembre 2007 : ce qu'il fallait répondre : 1 : ABCE 2 : ABCD 3 : ABE 4 : ABE 5 : CE

6 : ABCDE 7 : AB 8 : ABCD 9 : ABCDE 10 : A QCM 1 : ABCE D. Plus la température est élevée, plus l’agitation thermique est grande et donc plus les molécules sont éloignées les unes des autres (affinité faible). E.Vrai, Ce sont les techniques d'adsorption. QCM 2 : ABCD A.Vrai,Fraction molaire de l'Argon : 120 / 750 = 0,16 ;

Fraction molaire du Krypton : 1 – 0,8 – 0,16 = 0, 04. B.Vrai, Pression partielle du Xénon : 0,8 × 750 = 600 mmHg. C.Vrai, Pression partielle du Krypton : 750 – 600 – 120 = 30 mmHg. D.Vrai, Utilisons la loi des gaz parfaits (Boyle-Mariotte) : PV = nRT : si le mélange gazeux contient 6,02.1023 atomes au total, il contient 1 mole de gaz et le volume de gaz occupé est de : V = nRT/P = 1.22,4 / P (on rappel que : RT ≈ 22,4) ; or la pression totale du gaz est de 750 mmHg soit une pression inférieure à 760 mmHg (ce qui correspond à 1 atmosphère) ; finalement : V = 22,4/0,98 > 22,4 litres. E. Rappel : un gaz parfait est un gaz idéal, dans lequel :

les molécules sont assimilées à des points (volume propre nul = covolume nul) les forces attractives intermoléculaires sont nulles ; ces molécules ne présentent aucune interaction entre elles, en dehors des chocs.

Ce n'est évidemment pas le cas ici.

QCM 3 : ABE B.Vrai, M = 5,5 / 110 = 0,05. C. Cette solution contient 0,05 × 2 = 0,1 équivalent de Cl- par litre. D. Cette solution contient autant d'équivalents de Ca++ que d'équivalents de Cl- (les deux Cl de CaCl2 sont compensés par les 2 + de Ca++). E.Vrai, Masse moléculaire de l'eau H2O : 2 + 16 = 18 g/mol ; 1 litre d'eau correspond à 1 kg d'eau : d'où molarité de l'eau : 1000 / 18 ≈ 55,556 ; calculons maintenant la fraction molaire du soluté : f ≈ 0,05 / 55,556 ≈ 10-3. QCM 4 : ABE A.Vrai, Osmolarité = im ; d'où i = 0,1 / 0,05 = 2. B.Vrai, i = 1 + α(p-1) soit α = (i-1)/(p-1) = (2-1)/(2-1) = 1 (p = 2 car AC binaire) C. α = 1 : c'est un électrolyte fort ; la totalité des molécules sont dissociées. E.Vrai, La masse moléculaire du soluté étant faible (50), la molalité de cette solution est très proche de sa molarité soit environ 0,05.

QCM 5 : CE A. La masse moléculaire du soluté est très élevée (1 000 000) : son covolume est donc élevé. B. c = m.M = 0,0001 × 1 000 000 = 100 g/L. C.Vrai, Puisqu'on nous parle de solution aqueuse, les molécules de soluté sont nécessairement hydratées (même pour une solution colloïdale d'un soluté lyophile). D. Au contraire, l'ajout d'eau ne peut que détruire un gel ; pour une solution colloïdale seul le départ de solvant peut aboutir à l'état de gel. E.Vrai, La molalité d'une solution est toujours supérieure à sa molarité : ici, étant donné la masse


moléculaire très élevée du soluté, elle est même très supérieure. QCM 6 : ABCDE A.Vrai, pH d'un monoacide fort : pH = - log m ; donc, pH = - log10-4 = 4 B.Vrai, pH d'un diacide fort : pH = - log 2m ; donc, pH = - log (2 × 10-4) = 4 – 0,3 = 3,7 C.Vrai, pH d'un triacide fort : pH = - log 3m ; donc, pH = - log (3 × 10-4) = 4 – 0,47 = 3,53 D.Vrai, pH d'un tétraacide fort : pH = - log 4m ; donc, pH = - log (4 × 10-4) = 4 – 0,6 = 3,4 E.Vrai, Vous venez de confirmer une théorie : quelle satisfaction intellectuelle ! QCM 7 : AB Des diarrhées profuses et prolongées peuvent être à l'origine d'une déviation de l'équilibre acido-basique de type métabolique par fuite de bases et excès relatif d'acide. Cependant : il s'agit d'un excès relatif d'acide, et non d'un excès absolu. L'an dernier, quelqu'un à râlé auprès du professeur et je crois qu'elle a obtenu raison (donc B serait peut être faux...). QCM 8 : ABCD A.Vrai, La pression atmosphérique diminue avec l'altitude. C.Vrai, L'hyperventilation réactionnelle à la diminution de la pO2 va entraîner une diminution de la pCO2 dans l'organisme du patient D.Vrai, La diminution réactionnelle de la pCO2 provoque une alcalose respiratoire (cf poly. paragraphe III-2). E. Un sujet en alcalose respiratoire va diminuer son excrétion rénale des ions H+ et augmenter celle des ions HCO3

-, afin de lutter contre la tendance à la raréfaction de H+ dans son corps. QCM 9 : ABCDE Quand le poumon hyperventile => diminution de la pCO2 => diminution de l'acidité. Quand le poumon hypoventile => augmentation de la pCO2 => augmentation de l'acidité. Conclusion : l'item E résume à merveille la situation... QCM 10 : A Traduisons les données de l'énoncé sous forme d'équation. On obtient au final 2 bulles caractérisées par les relations suivantes : ΔP1 = 4σ1/r1 et ΔP2 = 4σ2/r2 ; or les 2 bulles présentent le même diamètre, c'est-à-dire que : r1 = r2, soit encore : ΔP1/4σ1 = ΔP2/4σ2 d'où finalement : ΔP1/σ1 = ΔP2/σ2. Les 3 premiers items peuvent être résolus grâce à cette relation. B. Pas nécessairement. C. Pas forcément. D. ΔP = 4σ/r équivaut à écrire r = 4σ/ΔP : donc, plus la valeur de ΔP est élevée (c'est-à-dire plus la différence de pression entre intérieur et extérieur est forte) plus la valeur de r est petite (c'est-à-dire plus le diamètre de la bulle est faible). E. Pas forcément.


Concours Blanc 2012 (5 QCM, 15min) QCM 1 : Soit une solution aqueuse isotonique au plasma, et de même composition que ce dernier, contenant du NaCl (M=58), NaC3H5O3 (lactate de sodium, M=113, pKa de l'acide lactique = 3,9), CaCl2 (M=110), KCl (M=75). On vous rappelle quelques valeurs du ionogramme plasmatique normal (volontairement simplifié): Na+ = 140 mEq/L, K+ = 4 mEq/L, Ca2+ = 5 mEq/L, Cl- = 110 mEq/L. On néglige le covolume des espèces en présence. Dans ces conditions, il est exact que : A. La concentration massique du chlorure de sodium est approximativement égale à 6,15 g/L. B. La molarité du chlorure de potassium est égale à 4 mmol/L. C. La molalité du chlorure de calcium est égale à 5 mmol/kg. D. Le nombre d'équivalents de lactate est égale à 34 mEq/L. E. Le pH de la solution est égale à 2,7. QCM 2 : On place une cuve d'eau dans une enceinte ouverte dont on peut faire varier les propriétés atmosphériques. Selon les situations décrites dans chacun des items, dites quelles sont les propositions vraies : A. Si l'atmosphère est saturée en eau (degré hygrométrique égale à 1), les flux de liquéfaction compensent ceux de vaporisation, de telle manière que la quantité d'eau ne varie pas (à l'échelle macroscopique). B. Si l'atmosphère possède un degré hygrométrique non nulle, on peut observer un phénomène d'évaporation, dont la vitesse dépend exclusivement de la température de l'enceinte. C. Si l'atmosphère possède un degré hygrométrique non nulle, on peut observer un phénomène d'évaporation, dont la vitesse dépend exclusivement de la pression atmosphérique totale. D. Si l'atmosphère est sec (degré hygrométrique nul), on observe un phénomène d'évaporation qui se fait à vitesse maximale. E. Si on créée le vide parfait dans l'enceinte, l'eau s'évapore instantanément. QCM 3 : On considère deux solutions S1 et S2 de NaCl (M=58, α=0,8), de concentrations respectives 17,4 g/L et 11,6 g/L. Selon les situations décrites dans chacun des items, dites quelles sont les propositions vraies : A. La solution S1 placée face à son solvant par interposition d'une membrane semi-perméable adéquate, développe une pression osmotique égale à 540 mosmol/L. B. La solution S2 placée face à son solvant par interposition d'une membrane semi-perméable adéquate, développe une pression osmotique égale à 200 mosmol/L. C. La solution S1, séparée de la solution S2 par une membrane semi-perméable adéquate, est hypertonique. D. La solution S2, séparée de la solution S1 par une membrane semi-perméable adéquate, est hypertonique. E. Les solutions S1 et S2 séparées l'une de l'autre par une membrane semi-perméable adéquate, seraient isotoniques, si on ajouter un volume d'eau dans le compartiment de S2, de telle manière qu'il développe une pression excédentaire de 4,032 atm.


QCM 4 : Soit un acide quaternaire faible mis en solution aqueuse. Il possède les constantes d'acidité suivantes : KA1 = 10-3,5 ; KA2 = 10-4,7 ; KA3 = 10-5,5 ; KA4 = 10-6. On ajoute à la solution une base forte. À demi-neutralisation, il est exact que : A. Le pH de la solution est égale à 6. B. Le pH de la solution est égale à 5,5. C. Le pH de la solution est égale à 4,7. D. Le pH de la solution est égale à 3,5. E. Les données ne nous permettent pas de déterminer la valeur du pH. QCM 5 : Soit un liquide Newtonien, qui s'écoule dans un conduit cylindrique rigide, inerte et étroit : A. Le débit dans le conduit, est proportionnel au facteur de viscosité du liquide. B. La résistance mécanique à l'écoulement, est proportionnelle au facteur géométrique du conduit. C. Sans perturbation des autres paramètres physiques, la viscosité du liquide est une variable, responsable des variations de charge à l'intérieur du conduit. D. La perte de charge dans le conduit, est inversement proportionnelle au débit. E. Le liquide a obligatoirement un régime d'écoulement turbulent.


CORRECTION DU CONCOURS BLANC 2012 Réponses correctes:

QCM 1: ABD QCM 2: ADE QCM 3: ADE QCM 4: D QCM 5: A

QCM 1 : ABD Il faut s'organiser et procéder avec rigueur pour résoudre rapidement ce QCM. La solution est isotonique au plasma, cela implique que la concentration de chaque ion doit être égale à celle du plasma. Donc : (K+) = m(KCL) = 4 on déduit donc que m(KCl) = 4 mmol/L = 4 mmol/kg (car on néglige le covolume) => B vrai (Ca2+) = 2m(CaCl2) = 5 on en déduit donc que m(CaCl2) = 2,5 mmol/L => C faux (Cl-) = m(NaCl) + m(KCl) = 110 => m(NaCl) = 110 – 4 = 106 mmol/L => c = 0,106*58 = 6,15 g/L => A vrai (Na+) = m(NaCl) + m(NaC3H5O3) = 140 => m(NaC3H5O3) = 140 – 106 = 34 mmol/L => D vrai E. Le lactate de sodium est un sel. Il se dissocie totalement et donne des Na+ et du lactate, c'est-à-dire de l'acide lactique ionisé, sans protons à relarguer...le pH est donc ici égale à 7, le lactate ne l'influence pas. QCM 2 : ADE B et C. La vitesse dépend de la température et de la pression atmosphérique totale. QCM 3 : ADE A. π = im = 1+ α(p−1)×0,3 = 0,54 osmole/L = 540 mosmole/L. B. De la même manière qu'à l'item A on trouve π = 360 mosmole/L. E. Δπ = 540 – 360 = 180 mosmole/L. On sait que 1 osmole = 1 atm soit 0,18 osmole = 4,032 atm. QCM 4 : D C'est acide quaternaire, c'est donc l'acidité la plus forte qui impose le pH à la solution. À demi-neutralisation, pH=pKa, soit ici pH = 3,5. QCM 5 : A A. Attention ! 1/η représente bien le facteur géométrique. Le débit est donc proportionnel à ce dernier, mais inversement proportionnel au coefficient de viscosité lui même (c'est un piège tordu). B. Inversement proportionnel. C. La viscosité du liquide ne varie pas spontanément si les autres paramètres physiques restent inchangés. Ce n'est donc pas une variable. D. Proportionnelle. E. C'est n'importe quoi, on ne peut rien dire ici.


Concours Blanc 2013 (5 QCM, 15min) QCM 1 : Soit 1L d'une solution aqueuse contenant 0,6g d'un monoacide AH (M=60 ; α=0,01). Après addition de 5mL d'une solution de soude (m=1 mol/L) le pH est égal à 6 : A. L'acide AH est un acide fort. B. Avant l'addition de NaOH, le pH=4. C. La constante de dissociation Ka de l'acide est égale à 10-6. D. Après l'addition de la soude, il reste 0,005mol d'acide AH. E. Après une seconde addition de 5mL de NaOH (m=1), on obtient une solution d'un sel d'acide faible et de base forte (NaA) expliquant le caractère alcalin de la solution. QCM 2 : Soit 1L d'une solution aqueuse contenant 0,5g d'acide carbonique H2CO3 (pKa1=3 ; pKa2=5 ; M=50) : A. Le pH de la solution est égal à 2,5. B. La courbe de neutralisation de ce diacide par de la soude met en évidence deux systèmes tampons successifs : NaHCO3/Na2CO3 puis H2CO3/NaHCO3. C. Au cours de la neutralisation, à x=1, le pH=3. D. A neutralisation totale de la première acidité, le pH=4. E. Au cours de la neutralisation, à x=2, le pH=5. QCM 3 : Vos RFs préférés décident de partir à la recherche du trésor de la « Purpane » = un magnifique galion ayant touché le fond lors de la fin du monde. Une fois à 70m de profondeur, ils changent leur mélange pour respirer 95% d'He et 5% d'O2. Les coefficients de solubilité étant respectivement de s = 0,0002 ml/ml et s = 0,02 ml/ml : A. La pression qu'ils supportent sur leurs épaules est de 7 atm. B. Le volume d' O2 dissout vaut sensiblement 1 ml/L de plasma. C. Le volume d'He dissout vaut sensiblement 152.10-5 ml/ml de plasma. D. A l'inspiration, r augmente, s diminue et la concentration surfacique du surfactant augmente. E. En phase de remontée, les volumes de gaz dissous vont s'équilibrer instantanément avec les pressions partielles gazeuses dans les alvéoles. QCM 4 : A propos des alvéoles pulmonaires : A. La surface d'échange représentée par la totalité des alvéoles pulmonaires est de l'ordre de 8m². B. Sans surfactant pulmonaire les grosses alvéoles se videraient dans les petites du fait de la surpression plus importante dans les grandes alvéoles. C. Lors de l'inspiration la tension superficielle σ et la surpression ΔP diminuent. D. Lors de l'inspiration la tension superficielle σ augmente et la surpression ΔP diminue. E. Lors de l'expiration la tension superficielle σ diminue et la surpression ΔP augmente.


QCM 5 : Soit un liquide réel, newtonien d'écoulement laminaire (bien que Re=2000) dans un conduit horizontal de rayon r1 = 5 cm. Sa masse volumique est de 1000 kg.m-3 et sa viscosité de 8,3 poiseuille : A. Sa vitesse moyenne d'écoulement a pour valeur maximale 1,66.10-3 m.s-1. On considère finalement que ce liquide présentait une vitesse v1 = 2m.s-1 (l'écoulement est toujours considéré comme laminaire même si Reynolds devient supérieur à 2000). La pression hydrostatique est égale à 105 Pa. Le conduit présente une dilatation, le rayon r2 est désormais de 10cm. B. La vitesse au niveau de la dilatation est de 8 m.s-1. C. La vitesse au niveau de la dilatation est de 0,5 m.s-1. D. La pression hydrostatique dans la dilatation est égale à 101875 Pa. E. Le débit est proportionnel à r2.


CORRECTION CONCOURS BLANC 2013 Réponses correctes:

QCM 1: BCDE QCM 2: AD QCM 3: CE QCM 4: DE QCM 5: ACD

QCM 1 : BCDE A. C'est un acide faible car α=0,01. QCM 2 : AD B. Les deux systèmes tampon sont successivement H2CO3/NaHCO3 puis NaHCO3/Na2CO3. C. A x=1, soit à neutralisation totale de la première acidité, le pH=(pKa1+pKa2)/2=(3+5)/2=4. E. Le pH=5 a x=1,5. A x=2 le pH sera alcalin car toute l'acide sera neutralisée. QCM 3 : CE A. Ne pas oublier la pression atmosphérique qu'il faut rajouter +++ -> 8 atm. B. V = 0,05 * 8 * 0,02 = 8.10-3 ml/ml soit environ 8 ml/L de plasma. D. A l'inspiration, le rayon augmente et s diminue, mais la concentration surfacique du surfactant elle aussi diminue. E. Vrai, ils s'équilibrent instantanément dans les alvéoles mais pas dans les tissus profonds... C'est pour extraire les excès de gaz dans les tissus profonds que l'on remonte par paliers de décompression. QCM 4 : DE A. Elle est d'environ 80m². B. C'est le contraire les petites se videraient dans les grosses. C. La tension superficielle σ augmente. QCM 5 : ACD A. Vrai, v = Re.η / ρ.d = 2000 * 8,3 / 1000 * 10 = 1,66 cm.s-1 =1,66.10-3 m.s-1 B. La vitesse est de 0.5 m.s-1. E. Le débit est proportionnel à r4 -> D = (π. r4 / 8.η) * ΔE.


QCM en vrac (Ces quelques QCM sont issus des colles de Maraîchers car vous avez les mêmes cours de biophysique: pensez

à aller y jeter un oeil si vous manquez d’entraînement!)

QCM 1 – Concernant une interface liquide/gaz : A. Plus la température augmente et plus la tension superficielle du liquide augmente. B. Plus la température augmente et plus l'interface est résistante à l'étirement. C. Un agent tensio-actif permet de modifier la tension superficielle d'un liquide. D. Un surfactant est un agent tensio-actif permettant de diminuer la tension superficielle d'un liquide. E. L'urée ou le sucre peuvent être utilisés pour augmenter la tension superficielle d'un liquide. QCM 2 – Concernant les alvéoles pulmonaires : A. Sans le surfactant contenu dans l'hypophase, les plus petites alvéoles pulmonaires se videraient dans les plus grosses. B. Le surfactant pulmonaire permet l'adaptation de la surpression intra-alvéolaire suite aux variations de la tension superficielle. C. Lors de l'inspiration, le rayon alvéolaire augmente mais la tension superficielle diminue, ce qui permet de réduire la variation de la surpression. D. La surpression alvéolaire est la soustraction de la pression alvéolaire à la pression intrapleurale. E. Pour une alvéole pulmonaire, la surpression a pour valeur le rayon de cette alvéole divisé par le double du coefficient de tension superficielle. QCM 3 – À propos des interfaces solide-liquide : A. On parle de mouillement parfait lorsqu'une goutte de liquide a un angle de contact avec un solide tendant vers 0°. B. Si la tension interfaciale gaz/solide augmente, l'angle de contact augmente. C. L'adsorption consiste en des échanges permanents entre soluté et solide. Même à l'équilibre, la proportion de molécules adsorbées peut donc varier significativement selon le temps. D. Un corps est dit mouillable si, plongé dans un liquide, il en ressort revêtu d'une pellicule liquidienne. E. Les corps tensioactifs sont en général des agents mouillants. QCM 4 – A propos de la mécanique des fluides et des mesures de pression : A. L’orientation de la partie sensible d’un manomètre placé dans un vaisseau sanguin influe la valeur de la pression mesurée. B. La pression terminale correspond à la pression mesurée grâce à un capteur orienté dans le sens du courant. C. La pression terminale est supérieure de à la pression d'aval. D. La pression terminale est égale à la charge du liquide en mouvement. E. Dans le cas d'un liquide réel s'écoulant dans un tube, la pression terminale n'est pas constante tout au long du tube.


QCM 5 – A propos de la mécanique des fluides : A. Dans un liquides parfait, en régime d’écoulement stationnaire la charge est égale a la somme de la pression dynamique et de la pression de pesanteur. B. Dans un liquide parfait, en régime d’écoulement stationnaire la charge est toujours constante. C. La loi de Pascal ne fait pas de distinction entre liquide réel et parfait. D. Selon l'effet Venturi lors du rétrécissement de leur zone de circulation les fluides subissent une décélération. E. Selon l'effet Venturi lors du rétrécissement de la zone de circulation d'un fluide on a une augmentation de la pression statique dans la portion rétrécie du tube. QCM 6 – A propos de la résistance à l'écoulement : A. La viscosité d'un liquide parfait peut dépendre de son taux de cisaillement. B. Le coefficient de viscosité varie en sens inverse de la température. C. Le régime d'écoulement d'un liquide est laminaire quand le nombre de Reynolds est inférieur à 3000. D. Si un objet chute dans un liquide, sa vitesse sera proportionnelle à la viscosité du liquide. E. Selon la loi de Stokes, si le rayon varie d'un facteur 3, le débit varie d'un facteur 81. QCM 7– Soit un liquide réel newtonien, de masse volumique 4g/cm3,circulant dans un tube de 0,2cm : A. Si la vitesse est de 1,5 m/min et que la viscosité est de 6x10-3 Poiseuilles, le régime est laminaire. B. La vitesse maximale sera proportionnelle au rayon du tube à la puissance 4. C. La vitesse est minimale près des parois du tube. D. Le débit du liquide est inversement proportionnel à la viscosité. E. On peut appliquer la loi de Poiseuille dans ce cas. QCM 8 – A propos des écoulements : A. La pression terminale correspond à la charge du liquide en mouvement. B. Un liquide Newtonien ayant un écoulement laminaire va plus vite au bord du tube qu'au centre. C. Lors d'une auscultation cardio-vasculaire si on a la sensation d'entendre des souffles, le régime d'écoulement sanguin est turbulent. D. Lorsque le débit d'un liquide Newtonien est assez fort, on passe en régime laminaire. E. Si le rayon du tube d'écoulement d'un liquide double, la perte de charge du liquide diminuera d'un facteur 8.


CORRECTION QCM EN VRAC

QCM 1: CDE QCM 2: A QCM 3: AD QCM 4: ADE QCM 5: BC

QCM 6: B QCM 7: ACDE QCM 8: AC

QCM 1 – CDE A. La tension superficielle aura tendance à diminuer. B. La diminution de la température va rendre l'interface plus résistante.

QCM 2 – A B. Ce sont les variations de la surpression qui vont être amorties par l'adaptation de la tension superficielle. C. La tension superficielle augmente aussi. D. C'est l'opposé. E. C'est l'inverse.

QCM 3 – AD B. Son cosinus augmente, l'angle diminue donc. C. On a un équilibre entre les molécules adsorbées et celles qui restent à l'état soluble ; leur proportion est alors constante. E. Faux mais la réciproque est vraie.

QCM 4 – ADE B. Le capteur est orienté face au courant pour mesurer une pression terminale. C. La pression terminale est supérieure de à la pression d'aval.

QCM 5 – BC A. Pression statique + pression dynamique + pression de pesanteur. C. Vrai : La loi de Pascal s'adresse aux liquides immobiles, elle ne fait donc pas de distinction entre liquide réel et parfait. D. Une accélération. E. Une diminution de la pression.

QCM 6 – B A. Un liquide parfait n'a pas de viscosité. Mais attention, la viscosité d'un liquide réel peut être indépendante de son taux de cisaillement si celui-ci est newtonien ! C. Non, il y a un régime instable de transition entre 3000 et 2000. D. Elle est inversement proportionnelle. E. Le calcul est bon, mais il s'agit de la loi de Poiseuille. QCM 7 – ACDE B. La vitesse maximale est proportionnelle à r2.

QCM 8 – AC B. C'est l'inverse. D. En régime turbulent. E. D'un facteur 16.


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