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Module : Biophysique

• Le module de Biophysique comprend 5 chapitres
• Le module couvre le 1er semestre de la 1ère année de Pharmacie, année universitaire 2023/2024
• Le module est enseigné par le Pr. Hiroual Soufiane
• La biophysique est un module pluridisciplinaire situé à l'interface de la physique, de la biologie et de la physiologie.
• Il permet d'étudier les phénomènes et le fonctionnement du corps humain selon des théories et modèles physiques.
• L'objectif du module est de doter les étudiants des éléments nécessaires à la justification des décisions diagnostiques et thérapeutiques avec des arguments solides.

Introduction

• Introduction
• L'atome
• Le noyau
• La radioactivité

Biophysique des Rayonnements ionisants

• Structure du noyau et radioactivité
• Interactions entre les rayonnements ionisants et la matière
• Détections des Rayonnements ionisants
• Radiobiologie des rayonnements ionisants
• Radioprotection dans l'utilisation des rayonnements ionisants
• Radiothérapie, Curiethérapie et Imagerie médicale (radiologie et scintigraphie)

L'imagerie médicale

• Domaine de la médecine qui crée des représentations visuelles du corps humain internes pour diagnostic & traitement
• La radiologie (rayons X) pour diagnostiquer et traite en s'appuyant sur l'absorption des rayons X selon la densité et la composition chimique.
• La médecine nucléaire (photons Gamma) basée sur la détection externe des photons Gamma émis par le patient après administration de produits radioactifs.

La radiothérapie

• Basée sur la destruction des tissus par les rayonnements ionisants (RI)
• Radiothérapie externe : source de rayonnement placée à l'extérieur du patient, utilisée pour les traitements.
• Radiothérapie interne : introduction d'un agent radioactif dans l'organisme à traiter, souvent par injection ou voie orale
• La radiobiologie étudie les effets des rayonnements ionisants sur les organismes vivants
• La radioprotection concerne les mesures de protection contre les rayonnements ionisants pour les patients, les travailleurs, l'environnement...

La radioactivité

• Processus purement nucléaire (modification du noyau).
• Phénomène naturel spontané.
• Réaction contre l'instabilité (phénomène probabiliste).
• Processus exoénergétique (libération d'énergie)
• émission de particules et/ou de rayonnements.
• Radioactivité naturelle (75 nucléides radioafictifs, 256 nucléides stables, 238U, 40K, 232Th) et cosmique (3H, 14C).
• Découverte et histoire (Henri Becquerel, Pierre et Marie Curie, Ernest Rutherford, Frédéric et Irène Joliot-Curie).
• Loi de décroissance radioactive (N(t)=Noxe-𝜆T)
• Période radioactive (T): temps ½, temps nécessaire pour que ½ des noyaux se désintègrent
• Activité (A(t)): nombre de désintégrations par unité de temps
• Relation masse-activité
• Transformations radioactives (ẞ-, ẞ+, α, CE)
• Spectres d'émission (gamma, alpha, bêta)
• L'Interaction forte et faible et la cohésion nucléaire

L’interaction forte et faible

• Les quatre interactions fondamentales (forte, faible, électromagnétique et gravitationnelle) et leur rôle dans la cohésion nucléaire
• L'importance de l'interaction forte dans la cohésion nucléaire en surmontant la répulsion électrostatique entre protons.
•  L'interaction faible responsable de la désintégration ẞ.

L'atome et le noyau

• L’atome : noyau + cortège d'électrons
• Le noyau : protons + neutrons
• Rayon moyen du noyau: 10-15m
• Rayon d'un atome: 10-10m

La matière

• L'atome est l'élément constitutif de la matière.
• Atome = noyau + cortège électronique

Isotopes, Isotones et Isobares

• Isotopes : même nombre de protons (Z) mais différents nombres de neutrons (N)
• Isotones : même nombre de neutrons (N) mais différents nombres de protons (Z)
• Isobares : même nombre de masse (A) mais différents nombres de protons (Z) et neutrons (N)

Introduction à la physique

• La dualité onde-corpuscule
• La masse et l’énergie dans les noyaux atomiques.
• Définition de l’électron-volt (eV)

Modes de transformation du noyau : désexcitation et désintégration

• Désexcitation : libération d'énergie sans modification de la structure du noyau
• Désintégration : libération d'énergie avec modification de la structure et du nombre de protons et neutrons

La stabilité des nucléides

• Diagramme de Segré / Vallée de stabilité (N=Z (éléments légers, <20) / N ≈1.5Z+10 (éléments lourds, >20))
• Les noyaux stables sont situés dans la vallée de la stabilité

Applications médicales

• La radiothérapie (métabolique & superficielle)
• Scintigraphie
• Tomographie par émission de positrons (TEP)