Biophysique des Fluides

Module : Biophysique

• Le module porte sur la biophysique du milieu intérieur, en particulier sur la force de frottement et la viscosité.
• Il couvre les sujets suivants : introduction générale, grandeurs et incertitudes des mesures physiques, les états de la matière, l'eau et les solutions, l'état gazeux.
• La viscosité (η) est une grandeur physique qui caractérise les frottements internes d'un fluide.
• Les fluides de grande viscosité résistent à l'écoulement, contrairement aux fluides de faible viscosité qui s'écoulent facilement.
• La force de viscosité (Fv) dépend de la surface (S), du gradient de vitesse (dv/dx), et du coefficient de viscosité (η).
• La viscosité des liquides purs/gaz varie en fonction de leur composition moléculaire et de la température.
• La viscosité des solutions est influencée par la nature du solvant, la concentration des solutés et la température.
• Les solutions à bas poids moléculaire (ions) et les solutions à haut poids moléculaire (macromolécules) et suspensions, comme le plasma et le sang, ont des viscosités différentes.
• La viscosité du sang est influencée par la concentration des globules rouges et par la température.
• Selon la loi de Poiseuille, la viscosité est proportionnelle à la distance parcourue (L) et inversement proportionnelle à la puissance 4 du rayon (r⁴) du conduit.
• Les fluides peuvent être classés en fluides newtoniens (viscosité indépendante de la vitesse de cisaillement) et non newtoniens (viscosité dépendante de la vitesse de cisaillement), le sang étant un fluide non newtonien.
• La viscosité sanguine augmente quand la vitesse de l'écoulement diminue, à cause de l'agrégation des globules rouges.

Biophysique du milieu intérieur

• Le module inclut des sujets sur l'introduction générale, les grandeurs et incertitudes des mesures physiques, les aspects énergétiques du déplacement de la matière, et les mouvements de convection des fluides.
• Le débit fait référence à la quantité de fluide qui traverse une section pendant une unité de temps, exprimable par le volume ou la masse.
• Le débit volumique et le débit massique sont les deux types courants de débit.
• Le débit dans un tube à section variable est constant, mais la vitesse change selon la section.
• Le débit dans un tube à ramification se divise selon le principe de conservation du débit, c'est-à-dire que le débit total est équivalent à la somme des débits dans chaque branche.
• Le théorème de Bernoulli, relatif aux fluides à viscosité négligeable, établit que la somme de l'énergie cinétique, de l'énergie potentielle de pesanteur et de l'énergie de pression reste constante le long d'un trajet de fluide en écoulement, dans l'absence de pertes.
• La loi de Pascal stipule que la pression dans un fluide incompressible est la même en tout point à la même profondeur.
• L'écoulement peut être laminaire (à faibles vitesses) ou turbulent (à hautes vitesses).
• Le nombre de Reynolds (Re) identifie le type d'écoulement.
• Un débit laminaire correspond à des nombres de Reynolds faibles, tandis qu'un débit turbulent correspond à des nombres de Reynolds élevés.
• La loi de Poiseuille décrit l'écoulement laminaire dans les tubes, et la résistance à l'écoulement est proportionnelle à la longueur du tube et à la viscosité, inversement proportionnelle à la quatrième puissance du rayon du tube.

Applications et conséquences sur la circulation sanguine

• La pression artérielle est mesurée avec un tensiomètre, les bruits de Korotkoff signalant les changements de type de l'écoulement (laminaire ou turbulent) du sang à travers les artères.
• La pression artérielle systolique correspond à l'apparition du bruit, tandis que la pression artérielle diastolique coïncide avec la disparition du bruit.
• La valeur de référence de la mesure de la pression artérielle est celle au niveau du cœur.
• Les valeurs mesurées à la hauteur du cœur définissent les valeurs standards de pression artérielle.
• La perfusion consiste en l'introduction d'un liquide dans une artère, la pression étant maintenue plus élevée que la pression du sang pour obtenir un apport sanguin suffisant.
• La résistance vasculaire, calculée grâce à la loi de Poiseuille, influence la pression et le débit sanguins.