Ondes électromagnétiques et médecine

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Exercices
Classe(s) : 2de | Thème(s) : Le diagnostic médical

Cet exercice comporte six documents relatifs à des techniques médicales utilisant des ondes électromagnétiques.

Les réponses aux questions suivantes seront rédigées de manière argumentée en s’appuyant d’une part sur des connaissances, et d’autre part sur des informations à extraire des documents fournis ci-après.

1. Les sept catégories d’ondes électromagnétiques dont il est question dans le Doc. 1 ont été regroupées sur le graphe suivant.

Indiquer à quelle catégorie d’onde correspond chacune des zones de A à G.

2. Quelles sont les ondes électromagnétiques de plus forte fréquence ?

3. Quelle est la nature des ondes électromagnétiques utilisées en thermographie ?

4. Les os contiennent les éléments phosphore P et calcium Ca, tandis que les muscles contiennent principalement les éléments hydrogène H, carbone C, oxygène O et azote N.

Justifier la phrase du Doc. 4 : « …les clichés radiographiques permettent une observation fine du squelette ».

5. Expliquer pourquoi le personnel médical travaillant dans les unités radiologiques se protège derrière des écrans plombés au moment du fonctionnement des sources de rayons X.

Doc. 1. Les sept catégories d’ondes électromagnétiques

Les ondes électromagnétiques sont classées en sept grandes catégories en fonction de leur longueur d’onde.

La lumière visible a une longueur d’onde comprise entre environ 400 et 800 nm.

Son spectre est classiquement décrit par sept couleurs, dans l’ordre décroissant des longueurs d’onde : le rouge, l’orange, le jaune, le vert, le bleu, l’indigo et le violet. Les ultraviolets et les infrarouges côtoient le visible.

Les rayons X découverts en 1895 par le scientifique allemand Wilhelm Röntgen, ont une longueur d’onde comprise typiquement entre un picomètre et un nanomètre, tandis que les rayons gamma d’origine nucléaire ont une longueur d’onde encore plus faible. Les ondes radio sont les ondes électromagnétiques de plus grande longueur d’onde. Les micro-ondes sont caractérisées par une longueur d’onde de l’ordre du millimètre ou du centimètre.

Doc. 2. Relation entre fréquence et longueur d’onde

La longueur d’onde d’une onde électromagnétique est reliée à sa fréquence f par la relation :

est la célérité de la lumière dans le vide.

Doc. 3. La thermographie

Le corps humain, comme tout autre corps chaud, émet des ondes électromagnétiques. Ces ondes ont typiquement une fréquence d’environ .

La thermographie est une technique d’imagerie médicale permettant de mettre en évidence les différences de température au niveau de la peau en captant ces ondes à l’aide d’un détecteur capable d’en mesurer leur intensité et de retranscrire l’information sous forme d’une image colorisée où chaque gamme de couleur correspond à un domaine de température.

Cette technique permet d’assurer le suivi d’actes médicaux tels que les greffes, ou d’établir des diagnostics lorsque le système vasculaire du patient a été touché par une brûlure.

La thermographie est aussi utilisée dans d’autres domaines que la médecine, pour des diagnostics d’isolation thermique des bâtiments par exemple.

Doc. 4. Radiographie et absorption des rayons X

Lors d’une radiographie, un faisceau de rayons X traverse le corps du patient ; il est plus ou moins absorbé selon la nature de l’organe traversé.

En effet, l’absorption des rayons X par la matière augmente avec le numéro atomique de l’élément chimique traversé.

C’est grâce à cette propriété des rayons X que les clichés radiographiques permettent une observation fine du squelette.

Doc. 5. Numéro atomique de quelques éléments

Élément

H

C

N

O

Al

P

Ca

Cu

Ag

Pb

Z

1

6

7

8

13

15

20

29

47

82

Doc. 6. Dangerosité des ondes électromagnétiques

La dangerosité d’une exposition à une onde électromagnétique dépend de la dose reçue mais surtout du type d’onde électromagnétique.

Plus la longueur d’onde est courte, plus l’onde électromagnétique est susceptible de provoquer des lésions sur les cellules.

Ainsi les ondes radio et la lumière visible sont sans danger.

Au contraire, à dose répétée ou prolongée, les rayons X peuvent provoquer des lésions cellulaires irréversibles et engendrer l’apparition de tumeurs cancéreuses.