Calculer la puissance thermique au repos d’un être humain avec Equil’al

par Philippe Cosentino

Cette courte activité qui peut être menée en classe ou à distance, s’adresse aux élèves de première, dans le cadre de l’enseignement scientifique de tronc commun.

Le chapitre 2.4 “Le bilan thermique du corps humain”, aborde la question de la puissance thermique libérée par un corps humain.

Savoirs

Globalement, la puissance thermique libérée par un corps humain dans les conditions de vie courante, au repos, est de l’ordre de 100 W.

 

L’objectif est de faire calculer aux élèves cette puissance de 100W, en partant du métabolisme de base, ou plutôt des dépenses énergétiques totales, de 3 individus différents.

Remarque : il est délicat de demander aux élèves de saisir leurs propres masses, tailles et âges, d’une part parce que cela relève de leur vie privée, et d’autre part parce qu’un élève en surpoids peut se sentir stigmatisé.

De plus, l’utilisation des logiciels “diététiques” peut être elle aussi problématique, c’est pourquoi l’application “Equil’al” multiplie les mises en garde, en soulignant les limites de certaines valeurs (IMC …) et en rappelant que seul un médecin ou un diététicien est à même d’apporter des solutions à un problème lié à sa masse corporelle.

Nous proposons de travailler avec ces 3 sujets :

  Age Taille Masse
Lalie 10 1m45 32
Arthur 25 1m80 100
Lyssia 39 1m70 70

La consigne pourrait être amenée ainsi :

On appelle métabolisme de base la dépense énergétique d’un organisme au repos. Il s’agit de la dépense énergétique minimale, incompressible, correspondant aux fonctions vitales de l’organisme. Ces dépenses énergétiques sont dissipées par l’organisme sous forme de chaleur.

A l’aide du logiciel, calculez la puissance thermique (exprimée en W) dissipée par chacun de ces sujets au repos, puis identifiez plusieurs facteurs susceptibles d’expliquer les variations observées (vous préciserez pour chacun de ces paramètres dans quel sens il fait varier le métabolisme de base).

1ère partie : calcul de la puissance thermique dissipée

Pour calculer le métabolisme de base, l’élève n’a qu’à se laisser guider par le logiciel et saisir les paramètres du sujet.

En progressant d’écran en écran, il finit par arriver à celui donnant la valeur du métabolisme de base, ainsi que la formule mathématique permettant de le calculer.

Remarque : si l’élève est attentif, il peut déjà, à ce stade, noter les paramètres susceptibles d’influer le métabolisme de base.

 

2ème partie : calcul de la puissance thermique dissipée

Pour calculer la puissance dissipée, il suffit de dissiper la valeur du métabolisme par le temps exprimé en seconde.

T = 86 400 s

P = E / T = 4537.103 / 86 400 =52,5 W

On trouve une puissance de 52 W pour Lalie, ce qui est bien du même ordre de grandeur que 100 W (mais vu la corpulence de Lalie cela n’a rien d’étonnant de trouver une valeur si faible).

Pour Arthur, on trouve une valeur de 100,9 W et pour Lyssia 69 W

 

3ème partie : identification des facteurs

A ce stade, l’élève a normalement compris que l’âge, le sexe, la taille et la masse influaient sur la valeur du métabolisme de base. En faisant varier les paramètres du logiciel OU en étudiant la formule permettant de le calculer, il pourra déterminer que :

  • le métabolisme de base diminue avec l’âge,
  • il est plus élevé chez les garçons,
  • il augmente avec la taille et la masse.

 

Cette activité a été conçue de manière à être le plus fidèle possible à l’esprit de cet enseignement pluridisciplinaire : il fait appel à des notions de SVT, de mathématiques et de sciences physique.

De plus, elle peut être réalisée aussi bien sur un ordinateur en salle de TP, que sur les tablettes Android “région” distribuées aux élèves. Enfin, elles peuvent être données à des élèves confinés à leur domicile.

 

Liens

Lien vers le logiciel Equil’al