Seconde_Thème 3_LE SPORT chapitre 4_Besoins et réponses de l’organisme à l’effort physique BESOINS ET REPONSES DE L’ORGANISME A L’EFFORT PHYSIQUE Posséder un mouvement ou bien le modifier nécessite d’exercer des actions mécaniques, en d’autres termes, effectuer des efforts. Or, ces efforts conduisent l’organisme à des dépenses énergétiques. Mais comment réagit notre organisme à un effort ? Quels sont ses besoins ? Ses réponses ? C’est ce que nous verrons dans le prochain chapitre en nous intéressant aux réactions chimiques notamment, qui se produisent alors dans notre corps. Cf Activités expérimentales 23 & 24 I. Sport et alimentation. 1. Les constituants alimentaires. 2. Importance des apports alimentaires. II. Transformations chimiques des aliments. Voir AE 23 L’alimentation dans le Sport 1. La digestion. 2. Le métabolisme. III. Etude des transformations chimiques. 1. La transformation chimique.  Définition : Qu’est-ce qu’une transformation chimique ? Une transformation chimique peut être perceptible par les sens mais ce n’est pas toujours le cas. Dire si les transformations ci-dessous sont des transformations chimiques Oui ou Non. changement de couleur : apparition d’un gaz : odeur : changement d’aspect : cuisson de la viande …… peinture sur un objet …… aspirine effervescente dans l’eau …… coca agité …… fermentation …… extraction essence cannelle …… formation d’un solide …… eau qui gèle …… Rq : * Attention, certaines transformations chimiques ne sont pas perceptibles comme lors de la réaction entre deux solutions incolores qui en donnent une troisième incolore ou bien si elles sont infiniment lentes comme le carbone diamant qui est instable et se transforme en carbone graphique. * Les changements d’état sont des transformations physiques. Il n’y a ni apparition ni disparition d’une nouvelle espèce chimique. Ce ne sont donc pas des transformations chimiques. M.Meyniel 1/4 Seconde_Thème 3_LE SPORT chapitre 4_Besoins et réponses de l’organisme à l’effort physique  Le système chimique : Document 1 : Le système chimique Comme en physique, il faut restreindre le domaine d’étude et donc définir le système auquel on s’intéresse. Le système chimique regroupe l’ensemble des espèces chimiques présentes lors de la transformation. Sa description nécessite d’indiquer : - la nature des espèces chimiques (nom ou formule) ; - l’état physique des espèces : solide (s) / liquide (l) / gaz(g) / en solution (aq) ; - la quantité de chaque espèce ; - la température et la pression. Etablir le système chimique de l’arbre de Diane présenté par le professeur.  Réactifs & produits : Définir ce qu’est un réactif en précisant si l’espèce chimique apparaît ou disparaît et comment évolue sa quantité de matière au cours de la transformation. Même question pour un produit. Rq : * Une espèce chimique qui ne participe pas à la transformation est appelée espèce spectatrice. Sa quantité ne varie pas au cours de la transformation. * Pour mettre en évidence l’apparition ou la disparition d’espèces chimiques, on a recours aux différentes méthodes de caractérisation : tests de reconnaissance, chromatographie, Tfus , Téb …  Modélisation d’une transformation : Document 2 : La réaction chimique La transformation chimique (qui se déroule au niveau microscopique) est modélisée par une réaction chimique (traduction au niveau macroscopique). Cette dernière correspond à l’événement au cours duquel les réactifs vont se transformer en produits : Réactifs → Produits Pour étudier une réaction, on considère toujours 3 étapes : * l’état initial (EI) : - on considère tous les réactifs présents initialement dans le système chimique étudié. Ils ne réagissent pas encore, * l’état de transition (ET) : - les réactifs réagissent et disparaissent pour former les produits, * l’état final (EF) : - la réaction est finie car un réactif au moins a totalement disparu. On considère les produits formés et les réactifs persistants. Ex : * Fabrique de sandwich : * Arbre de Diane : Rq : pains & jambons → [boîte noire] → EI cuivre solide ; argent ionique nitrate ionique ; eau liquide patm. ; Tambiant sandwiches EF cuivre ionique ; argent solide nitrate ionique ; eau liquide patm. ; Tambiant * On ne considère que : - les réactifs et les produits dans une réaction et jamais les autres espèces ; - l’EI et l’EF sans s’intéresser à ce qui se produit entre les 2 états. M.Meyniel 2/4 Seconde_Thème 3_LE SPORT chapitre 4_Besoins et réponses de l’organisme à l’effort physique 2. La réaction chimique. Document 3 : L’équation chimique Une réaction chimique est représentée symboliquement par une équation chimique. Dans cette équation, on écrit, par convention : Rq : - les espèces chimiques à l’aide des formules brutes, - les réactifs dans le membre de gauche, - les produits dans le membre de droite, - et une flèche simple de la gauche vers la droite rappelant le sens de la transformation chimique entre les 2 membres. Il faut penser à préciser l’état physique des espèces chimiques présentes dans l’équation chimique. Etablir l’équation chimique correspondant à la fabrique de sandwiches. Même question pour : Document 4 : - la transformation qui se déroule dans « l’arbre de Diane » ; - la combustion complète du charbon. Lois de conservation et nombres stœchiométriques Au cours de ses diverses expériences de transformations chimiques, Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794) le père de la Chimie moderne, est arrivé à la conclusion : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » Il a ainsi établi deux lois : * Si un élément est présent parmi les réactifs alors il est présent parmi les produits et réciproquement. * La masse des réactifs qui disparaissent est égale à la masse des produits qui apparaissent. Afin, de respecter la conservation des éléments et de la charge électrique dans l’équation chimique, on place des nombres devant les formules brutes respectant ainsi les proportions dans lesquelles apparaissent et disparaissent les éléments. On parle de nombres stœchiométriques (étymologiquement : mesure des éléments). Rq : * Les lois de conservation justifient les tests de reconnaissance : un élément mise en évidence est présent dans la solution testée ! * La combustion des déchets ne fait rien disparaître ! (comme l’ammoniac, l’arsénic, le polonium composés cancérigènes présents dans une cigarette, le plomb dans les matériaux persiste sous une autre forme dans les cendres et demeure susceptible d’engendrer des problèmes tels que le saturnisme, …) 1. Traduire la première loi en termes de conservation des « éléments » et de « charge électrique ». Quelle conséquence cela entraîne-t-il si un élément est présent parmi les réactifs ? 2. Etablir les équations chimiques équilibrées des transformations ci-dessous : - fabrique d’un sandwich ; - combustion du charbon ; - combustion du propane (C3H8), le gaz employé dans la flamme des Jeux Olympiques ; - combustion de l’éthanol (C2H6O) ; - la transformation associée à l’arbre de Diane ; - la dégradation du glucose en C3H6O3 dans un milieu sans dioxygène (= anaérobie) ; - la dégradation du glucose en milieu aérobie. Rq : * On s’arrange pour que ces nombres soient les plus petits possibles et entiers. * L’absence de nombre correspond au chiffre 1. M.Meyniel 3/4 Seconde_Thème 3_LE SPORT IV. chapitre 4_Besoins et réponses de l’organisme à l’effort physique Les réponses de l’organisme. Document 5 : Effet thermiques et transformation physique Lors d’un effort, le métabolisme d’un sportif s’accélère et le nombre de transformations chimiques se produisant dans l’organisme augmente en conséquence. Ainsi, le corps dispose de beaucoup plus d’énergie qu’au repos afin de modifier ses paramètres physiologiques comme l’augmentation du rythme cardiaque et de faire travailler ses muscles. Cependant, toute cette consommation d’énergie s’accompagne aussi d’effets thermiques. Et pour éviter que la température du corps ne s’élève trop, l’organisme doit évacuer cet excès d’énergie : c’est le rôle de la sudation. A travers les pores de la peau, le corps évacue de la sueur (eau + minéraux) durant l’effort. L’eau liquide devient ensuite gazeuse par évaporation. Cette transformation physique (la vaporisation) permet de consommer l’énergie en excès dans le corps et contribue donc à son refroidissement. Rq : * Chez l’Homme, la régulation thermique permet de maintenir une température entre 37 et 39 °C. * En moyenne, 35 % de l’énergie est utilisée pour le fonctionnement d’un muscle et 65 % est évacuée sous forme de chaleur. * La respiration permet d’amener le dioxygène et d’évacuer du corps une partie des produits de ces réactions comme le dioxyde de carbone CO2 et l’eau H2O. Document 6 : L’énergie Pour vivre, un organisme a donc besoin d’énergie. Il lui faut autant en produire qu’en consommer. Ces besoins en énergie varient bien évidemment en fonction de l’activité physique. Mais, que l’on soit sportif ou non, il convient d’évaluer l’énergie que l’on consomme en moyenne afin de se nourrir correctement. En effet, il nous faut ingérer assez d’aliments qui, une fois digérés, amèneront une quantité d’énergie à notre corps sensiblement égale à celle que nous consommons en rapport avec notre activité. Ainsi, nous disposerons d’une bonne alimentation. Sinon, en cas de sous-alimentation, notre corps manque d’énergie et l’on se sent faible ; en cas de suralimentation, l’organisme doit alors stocker le trop plein d’énergie ce qu’il fait sous forme de lipides notamment … De façon à faciliter le choix de notre alimentation, l’industrie alimentaire indique la valeur énergétique de ses produits sur les emballages. L’unité du système international pour l’énergie est le joule (J). On utilise aussi souvent la calorie (cal) qui correspond à l’énergie nécessaire pour augmenter de 1 °C la température de 1 g d’eau (1 cal = 4,18 J). Ex : * La dépense énergétique moyenne est de 5 kJ.kg-1.h-1 si on demeure au repos ; elle est de 12 kJ.kg-1.h-1 pour une marche lente et de 30 kJ.kg-1.h-1 pour une course à allure soutenue. * Cette dépense est compensée par la dégradation des sucres dans un premier temps. Puis si l’activité dure, les lipides, qui contiennent environ deux fois plus d’énergie que les sucres, sont alors brûlés. L’organisme, en mouvement ou au repos, est le siège de transformations chimiques sur les nutriments ce qui a pour conséquence de libérer de l’énergie et de permettre le bon fonctionnement interne du corps. Mais, en parallèle de cette consommation d’énergie, l’Homme n’a de cesse de chercher à limiter cette perte ou bien d’en tirer le meilleur rendement par rapport à ses performances sportives notamment. Pour cela, il a développé et développe encore des matériaux qui favorisent la pratique du sport comme nous le verrons dans le prochain chapitre. Conclusion : Compétences exigibles - Décrire un système chimique et son évolution. - Ecrire l’équation de la réaction chimique avec les nombres stœchiométriques corrects. Exemple d’une combustion. - Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence l’effet thermique d’une transformation physique ou chimique. - Etudier l’évolution d’un système chimique par la caractérisation expérimentale des espèces chimiques présentes à l’état initial et à l’état final. M.Meyniel 4/4