exercice doc thermographie IR V2 correction

Méthodologie de résolution de problème
thermographie infra-rouge et cancer du sein


1- Etape n°1 : Lecture intégrale de l'énoncé
On recense, dans l'énoncé du problème, des éléments distincts.
Ces éléments peuvent être un document, un texte d'introduction, des données
numériques, un ensemble de questions.


2- Etape n°2 : Vision globale du problème / couche n°1

21- Compréhension du phénomène étudié
Quel est le phénomène étudié ?
Le phénomène physique étudié est le rayonnement thermique des corps chauds
et son application à la thermographie infra rouge .
En quoi consiste-t-il ?
Tout corps chaud émet, d'après le modèle du corps noir, un rayonnement
dont le spectre est continu. L'intensité maximale de ce rayonnement dépend
de sa température selon la loi de Wien.
Dans quelle partie du programme s'intègre-t-il ?
Cet exercice s'intègre dans la partie du programme intitulée « sources de
lumières colorées »

22- Analyse du problème
Quelle est la question posée ?
Pourquoi est-il déconseillé d'effectuer le dépistage du cancer du sein à
l'aide de la thermographie IR ? Donner une hypothèse.
Comment est-elle reliée au phénomène étudié ?
L'un des symptômes du cancer du sein est l'apparition d'une tumeur qui
produit, au niveau du sein, une différence physiologique. Cette dernière
peut provoquer une différence de température localisée au niveau de la zone
malade, visible à l'aide d'une caméra thermique.



3- Etape n°3 : structuration de la stratégie de résolution / couche n°2

31- Analyse des éléments du problème
On effectue l'inventaire de toutes les grandeurs citées dans l'énoncé et on
relève leur valeur numérique.
On extrait les informations en lien avec le phénomène étudié de chaque
élément.
On résume ce travail d'analyse à l'aide du tableau ci-dessous.



|repérage |Inventaire des différentes |Repérage de|Grandeurs |
|de |informations |l'informati|concernées |
|l'élément | |on |/commentaires |
|1 |Plus on détecte le cancer tôt et plus |1a |Facteur temps |
| |les chances de guérison sont élevées. | |intervenant dans |
| |Le dépistage est la détection du | |les chances de |
| |cancer avant l'apparition des | |guérison d'un |
| |symptômes visibles en surface. | |cancer du sein |
|1 |Actuellement, on détecte de manière |1b | |
| |précoce le cancer du sein à l'aide de | | |
| |la mammographie, utilisant les rayons | | |
| |X (rayons nocifs à partir d'un certain| | |
| |seuil) | | |
|1 |La thermographie IR se fonde sur le |1c |Principe de la |
| |principe que la température des | |thermographie IR |
| |cellules anormales est plus élevée que| | |
| |celle du tissu mammaire normal en | | |
| |raison d'une irrigation sanguine plus | | |
| |intense. | | |
|1 |Certains médecins préconisent |1d | |
| |l'utilisation de la thermographie IR | | |
| |pour dépister le cancer du sein en | | |
| |mettant en avant son caractère non | | |
| |invasif et sans danger. | | |
|2 |Le cancer peut se développer à deux |2 | |
| |endroits du sein (lobules et canaux | | |
| |galactophores) qui sont noyés dans le | | |
| |tissu adipeux. | | |
|3 |Le cancer résulte d'une multiplication|3 | |
| |anarchique et d'une prolifération des | | |
| |cellules malades, d'abord locale, puis| | |
| |dans le tissu avoisinant, puis à | | |
| |distance où elles forment des | | |
| |métastases. | | |
|4 |Lorsque la température de surface de |4 |Lien entre |
| |la peau augmente, cela peut traduire | |température de |
| |la présence d'une affection tumorale, | |surface de la peau|
| |c'est-à-dire d'une zone cancéreuse. | |et présence d'une |
| | | |tumeur |
|5 |Un corps noir est un modèle physique |5 |Lien entre la |
| |présentant la particularité de lier sa| |longueur d'onde du|
| |température avec la longueur d'onde du| |rayonnement émis |
| |rayonnement émis. | |et la température |
| | | |du corps émetteur.|
|6 |Données : intervalles de longueur |6 |Longueur d'onde |
| |d'onde des rayons infra rouges. | |des rayonnement |
| | | |infra rouges |
|7 |Loi de Wien : [pic] |7 |Relation |
| | | |mathématique entre|
| | | |longueur d'onde et|
| | | |température (en |
| | | |Kelvin). |
|8 |Principe du fonctionnement d'une |8 | |
| |caméra Infra Rouge : à chaque couleur | | |
| |de l'image produite par la caméra est | | |
| |associée une température. | | |


32- Recherche des liens entre les informations extraites des éléments
du problème
Cette phase consiste à établir les grandes lignes de la démarche de
résolution du problème.

Quel est le point de départ ?
Le point de départ est la thermographie IR : définir le lien exact entre la
température du corps humain et le rayonnement qu'il émet.

Comment relie-t-on les grandeurs entre elles ? Rechercher dans ses
connaissances personnelles les relations pouvant s'intégrer dans cette
démarche.

Étape 1
En utilisant la loi de Wien, on définit l'intervalle de longueurs d'onde du
maximum d'intensité du rayonnement émis par le corps humain qui est un
corps chaud et pouvant être considéré avec une bonne approximation comme un
corps noir [cf infos 5 et 7]

Étape 2
Ensuite on fait le lien entre la variation de température du corps humain
et celle de la longueur d'onde du maximum d'intensité du rayonnement émis.
C'est cette variation liée qui est à la base du fonctionnement d'une caméra
à IR (ou thermique). [cf infos 6 et 8]

Étape 3
On relie cette variation de température avec la présence d'une zone
tumorale. [cf infos 4]
On explique ainsi pourquoi la thermographie IR peut servir à détecter une
zone tumorale sur le corps humain et en particulier au niveau du sein.[cf
infos 1c, 2 et3]

Étape 4
On émet ensuite une hypothèse sur le stade de développement de la zone
tumorale : puisque la tumeur est noyée dans le tissu adipeux du sein, il ne
peut pas être détecté rapidement car l'élévation de température peut être
masquée durant un certain temps par l'échauffement de la graisse, ce qui
nivelle les différences de températures à la surface de la peau.[cf infos
2]
Or la précocité de la détection d'un cancer est primordiale pour la
guérison d'un cancer.[cf infos 1a]
On en conclut donc que la thermographie n'est pas adaptée pour dépister le
cancer du sein et que la mammographie est plus fiable.[cf infos 1b et 1d]


4- Etape n°4 : mise en ?uvre de la résolution du problème / couche n°3

41- Calculs
Mener les calculs littéraux puis passer à l'application numérique.

Étape 1
Le corps humain présente une température voisine de 37°C, soit 37+273,15 =
310,15 K.
D'après la loi de Wien, le maximum d'intensité du rayonnement émis par le
corps humain se situe à environ 9 [pic] :
[pic]
[pic]

Cette longueur d'onde correspond à un rayonnement dans l'infra rouge moyen
d'après le document n°6.
Le corps humain émet donc un rayonnement dont le maximum d'intensité se
situe dans l'infra rouge moyen.

Étape 2
Faisons varier la température du corps.
On a alors :
[pic]d'où : [pic]
Lorsque la température varie par exemple de 1%, alors la longueur d'onde
varie de même mais en sens inverse.
Les différences de température à la surface du corps peuvent donc être
matérialisées par des différences de longueurs d'onde. Ce sont ces
dernières qui sont captées par les caméras IR et retranscrites en
variations de température à l'aide de fausses couleurs.

Étape 3
D'après les documents n°3 et 4, les cellules cancéreuses ont une activité
anormalement élevée, ce qui provoque une élévation de température de la
zone tumorale. La peau environnante ne présentant pas la même température,
il se produit donc une différence de température qui peut être détectée par
une caméra IR, de l'ordre de quelques degrés.

Étape 4
On émet ensuite une hypothèse sur le stade de développement de la zone
tumorale : puisque la tumeur est noyée dans le tissu adipeux du sein, il ne
peut pas être détecté rapidement car l'élévatio