Exercice 1 — Vocabulaire et identification (document schéma)
Item 1 — Tendon vs ligament (1 pt)
Le tendon est une structure fibreuse résistante et non élastique qui relie un muscle à un os. Il transmet la force de contraction musculaire à l'os pour produire le mouvement.
Le ligament est également une structure fibreuse résistante, mais il relie un os à un autre os au niveau d'une articulation. Il maintient les os solidaires et limite les mouvements excessifs.
Moyen mnémotechnique : Tendon = Muscle→Os ; Ligament = Os→Os.
Item 2 — Deux rôles du squelette osseux dans le mouvement (1 pt)
- Rôle de soutien et de charpente : le squelette donne sa forme au corps et lui permet de se tenir debout.
- Rôle de levier mécanique : les os servent de leviers sur lesquels s'appuient les muscles pour produire et amplifier les mouvements.
(Autres réponses acceptables : protection des organes ; point d'ancrage des muscles via les tendons.)
Item 3 — Agoniste / antagoniste (1 pt)Lors d'un mouvement de flexion du coude, le biceps est le muscle
agoniste (il se contracte et produit le mouvement) et le triceps est le muscle
antagoniste (il se relâche pour ne pas s'opposer au mouvement).
Item 4 — Structures articulaires (0,5 + 0,5 pt)La structure qui réduit les frottements entre les surfaces osseuses est le
cartilage (associé au liquide synovial).
La structure qui maintient les os solidaires est le
ligament.
Exercice 2 — Le trajet du message nerveux moteur
Item 1 — Trajet du message nerveux moteur (2 pts)
Le message nerveux moteur suit le trajet suivant, dans l'ordre :
- Le cortex moteur (aire motrice du cerveau, dans le lobe frontal) élabore l'ordre de mouvement.
- Le message nerveux moteur descend par la moelle épinière.
- Il emprunte ensuite les nerfs moteurs (axones des neurones moteurs) qui quittent la moelle épinière.
- Il arrive à la jonction neuromusculaire (plaque motrice) du muscle biceps brachial.
- Le biceps reçoit le signal et se contracte, provoquant la flexion du coude.
Schéma attendu : Cerveau → Moelle épinière → Nerf moteur → Muscle biceps.Item 2 — Pourquoi le réflexe est plus rapide (1 pt)Un mouvement réflexe est plus rapide qu'un mouvement volontaire car le message nerveux
ne monte pas jusqu'au cerveau : il est intégré et traité directement au niveau de la
moelle épinière (arc réflexe). Le trajet parcouru est donc beaucoup plus court, ce qui réduit considérablement le temps de réaction.
Item 3 — Lésion de l'hémisphère gauche et paralysie du bras droit (1 pt)Le cortex moteur de l'hémisphère gauche du cerveau contrôle les muscles du côté
droit du corps (croisement des voies nerveuses au niveau du tronc cérébral ou de la moelle). Une lésion dans l'hémisphère gauche empêche donc le signal moteur de descendre vers les muscles du bras droit, provoquant la paralysie. Le bras gauche, contrôlé par l'hémisphère droit intact, continue à fonctionner normalement.
Exercice 3 — Analyse de graphique : O₂ et acide lactique à l'effort
Item préliminaire (description du graphique)
Le graphique montre : consommation de O₂ croissante de façon quasi linéaire avec l'intensité ; acide lactique stable et faible de 0 à 70 % d'intensité maximale, puis augmentation brusque au-delà de 70 %.
Item 1 — Voie énergétique entre 0 et 70 % d'intensité (1,5 pt)
Entre 0 et 70 % de l'intensité maximale, la voie énergétique principalement utilisée est la respiration cellulaire (voie aérobie).
Justification : la consommation d'O₂ augmente progressivement et suffit à couvrir les besoins énergétiques ; l'acide lactique reste quasi absent, ce qui indique que la fermentation lactique n'est pas activée. La demande en dioxygène est satisfaite par l'augmentation du débit cardiaque et respiratoire.
Item 2 — Au-delà de 70 % : voie activée, déchet, équation bilan (2 pts)
Au-delà de 70 % d'intensité maximale, la voie de la fermentation lactique (voie anaérobie) s'active.
Le déchet qui s'accumule est l'acide lactique (lactate).
Équation bilan de la fermentation lactique :
Glucose → Énergie (ATP) + Acide lactique
ou de façon développée : C₆H₁₂O₆ → 2 ATP + 2 CH₃CHOHCOOH
Remarque : contrairement à la respiration cellulaire, cette réaction ne nécessite pas de dioxygène et ne produit ni CO₂ ni H₂O.
Item 3 — Intérêt du seuil anaérobie pour un sportif (1,5 pt)
Le seuil anaérobie est l'intensité d'effort à partir de laquelle l'acide lactique commence à s'accumuler dans le sang et les muscles. Connaître ce seuil est utile pour le sportif car :
- S'entraîner en dessous du seuil développe l'endurance aérobie sans accumuler de fatigue acide.
- S'entraîner au niveau du seuil permet de le repousser progressivement (amélioration de la capacité à tenir un effort intense plus longtemps).
- S'entraîner au-dessus du seuil (fractionné) améliore la tolérance à l'acide lactique et la puissance anaérobie.
En gérant ses allures par rapport à ce seuil, le sportif optimise ses entraînements et évite l'épuisement prématuré en compétition.
Exercice 4 — Les adaptations de l'organisme à l'effort
Item 1 — Deux adaptations immédiates du système cardiovasculaire (1 pt)
- Augmentation de la fréquence cardiaque (tachycardie d'effort) : le cœur bat plus vite pour envoyer davantage de sang oxygéné vers les muscles actifs.
- Augmentation du volume d'éjection systolique : à chaque battement, le cœur éjecte un plus grand volume de sang. Ces deux phénomènes font augmenter le débit cardiaque global.
(Également accepté : vasodilatation des artères musculaires pour augmenter l'irrigation locale des muscles actifs.)
Item 2 — Rôle de la transpiration lors de l'effort (1 pt)Lors de l'effort, la respiration cellulaire libère une grande quantité de
chaleur en même temps que l'énergie (ATP). Cette chaleur fait monter la température corporelle. La
transpiration joue un rôle de
thermorégulation : l'évaporation de la sueur à la surface de la peau permet d'évacuer l'excès de chaleur et de maintenir la température du corps autour de 37 °C. Sans ce mécanisme, l'hyperthermie (fièvre) pourrait être dangereuse.
Item 3 — Deux bénéfices durables de la pratique sportive régulière (1 pt)- Renforcement de la densité osseuse : les contraintes mécaniques exercées sur les os lors du sport stimulent leur minéralisation et préviennent l'ostéoporose.
- Diminution de la fréquence cardiaque de repos : le cœur, renforcé par l'entraînement, pompe plus de sang à chaque battement (volume d'éjection systolique accru) et n'a pas besoin de battre aussi souvent au repos.
(Autres réponses acceptables : meilleure vascularisation musculaire ; densité mitochondriale plus élevée dans les muscles ; réduction du risque de maladies cardiovasculaires ; amélioration du bien-être psychologique.)
Item 4 — Durée minimale recommandée par l'OMS (1 pt)D'après les recommandations de l'OMS, les adolescents (10-17 ans) doivent pratiquer au moins
60 minutes d'activité physique d'intensité modérée à élevée
par jour, incluant des exercices de renforcement musculaire et osseux au moins 3 fois par semaine.
Exercice 5 — Question de synthèse rédigée
Éléments attendus dans la réponse (grille de correction) :
- Rôle du système nerveux (voie motrice) : la décision de courir est prise par le cortex moteur du cerveau. Le message nerveux moteur descend par la moelle épinière, emprunte les nerfs moteurs et déclenche la contraction des muscles des membres inférieurs (quadriceps, ischio-jambiers, mollets).
- Voies de production d'énergie : au démarrage, la respiration cellulaire (glucose + O₂ → ATP + CO₂ + H₂O, dans les mitochondries) fournit l'énergie. Rapidement, pour un sprint de 200 m (effort très intense), la demande dépasse la capacité d'apport en O₂ : la fermentation lactique s'active (glucose → ATP + acide lactique) pour maintenir la contraction musculaire.
- Adaptations cardio-respiratoires : la fréquence cardiaque et le volume d'éjection systolique augmentent fortement (débit cardiaque multiplié). La fréquence et l'amplitude respiratoires augmentent pour apporter plus d'O₂ aux poumons et éliminer le CO₂ produit. La vasodilatation dans les muscles actifs accroît leur irrigation sanguine.
- Mécanismes de récupération : après l'effort, la fréquence cardiaque et respiratoire diminuent progressivement. L'acide lactique accumulé est éliminé (oxydé par respiration cellulaire ou reconverti en glucose dans le foie). Les réserves de glycogène sont rechargées par l'alimentation. La transpiration et la vasodilatation cutanée ont évacué la chaleur produite pendant l'effort.
Exemple de rédaction attendue (8-12 lignes) :Lorsque l'élève décide de sprinter, son
cortex moteur envoie des messages nerveux moteurs qui descendent par la
moelle épinière et les nerfs moteurs jusqu'aux muscles des jambes, déclenchant leur contraction. Pour fournir l'énergie nécessaire, les cellules musculaires utilisent d'abord la
respiration cellulaire (glucose + O₂ → ATP + CO₂ + H₂O dans les mitochondries). Comme le sprint est très intense, la demande en O₂ dépasse rapidement l'apport : la
fermentation lactique prend le relais (glucose → ATP + acide lactique), ce qui explique la brûlure musculaire ressentie à la fin du 200 m. Pendant l'effort, la
fréquence cardiaque et la
fréquence respiratoire augmentent fortement pour apporter plus d'O₂ aux muscles et éliminer le CO₂. La vasodilatation dans les muscles actifs accroît leur irrigation. Après l'effort, lors de la
récupération, la fréquence cardiaque diminue progressivement, l'acide lactique est éliminé (oxydé ou reconverti en glucose dans le foie), les réserves de glycogène sont reconstituées grâce à l'alimentation, et la transpiration a permis de maintenir la température corporelle à 37 °C.