Exercice 1 — Connaissances (QCM)
1. Quel organe assure les échanges gazeux entre l'air et le sang ?
→ Le poumon (ou les poumons). Justification : au niveau des alvéoles pulmonaires, le dioxygène de l'air passe dans le sang et le dioxyde de carbone du sang passe dans l'air.
2. Cite les deux réactifs de la respiration cellulaire.
→ Les deux réactifs sont :
- le glucose (nutriment énergétique)
- le dioxygène (O₂)
Rappel de l'équation : Glucose + O₂ → CO₂ + H₂O + énergie.3. Quelle protéine permet aux globules rouges de transporter le dioxygène ?→ L'
hémoglobine.
Justification : cette protéine contenue dans les globules rouges fixe l'O₂ dans les poumons et le libère dans les organes (muscles, cerveau…).4. Donne la teneur en O₂ de l'air inspiré.→
21 % de dioxygène.
L'air contient aussi environ 78 % de diazote (N₂) et 0,04 % de CO₂.5. Quel organe élimine les déchets azotés de l'organisme ?→ Les
reins.
Ils filtrent le sang et rejettent les déchets azotés (urée) dans les urines.6. Cite deux types de nutriments transportés par le plasma sanguin.→ Deux exemples parmi :
glucose, acides aminés, acides gras (+ vitamines, sels minéraux).
Le plasma est la partie liquide du sang qui dissout et transporte ces nutriments issus de la digestion jusqu'aux cellules.
Exercice 2 — Schéma des échanges gazeux
1. Schéma légendé d'une alvéole pulmonaire (3 pts)
Le schéma doit comporter :
- Une alvéole pulmonaire (petite poche arrondie à paroi très fine)
- Des capillaires sanguins entourant l'alvéole
- L'indication de la composition de l'air alvéolaire : O₂ ≈ 21 % / CO₂ ≈ 0,04 % (air inspiré entrant)
- Une flèche O₂ : air → sang (le dioxygène diffuse de l'air alvéolaire vers le sang, où il est moins concentré)
- Une flèche CO₂ : sang → air (le dioxyde de carbone diffuse du sang vers l'air alvéolaire, où il est moins concentré)
- La mention sang veineux entrant (pauvre en O₂, riche en CO₂) → sang artériel sortant (riche en O₂, pauvre en CO₂)
Points clés : paroi fine des alvéoles, sens des flèches correct, légendes lisibles.2. Pourquoi l'air expiré est-il plus riche en CO₂ et moins riche en O₂ que l'air inspiré ? (2 pts)→
Toutes les cellules de l'organisme réalisent en permanence la respiration cellulaire : elles consomment du dioxygène (O₂) et produisent du dioxyde de carbone (CO₂). Ce CO₂ passe dans le sang et est transporté jusqu'aux poumons. Au niveau des alvéoles, il diffuse du sang vers l'air alvéolaire avant d'être expiré. En parallèle, l'O₂ a diffusé de l'air vers le sang.
Résultat : l'air expiré est appauvri en O₂ (≈ 16 %) et enrichi en CO₂ (≈ 4 %).
Exercice 3 — Analyse d'un document : effort physique
1. Décris les variations observées lors du sprint. (1 pt)
→
- La fréquence cardiaque passe de 60 battements/min au repos à 170 battements/min en sprint, soit une augmentation de 110 battements/min (presque ×3).
- La fréquence respiratoire passe de 15 cycles/min au repos à 40 cycles/min en sprint, soit une augmentation de 25 cycles/min (presque ×3).
Les deux fréquences augmentent de façon importante et coordonnée lors de l'effort.
2. Explique en lien avec la respiration cellulaire pourquoi ces variations se produisent. (2 pts)→ Lors d'un sprint, les
cellules musculaires réalisent davantage de respiration cellulaire pour produire plus d'énergie. Elles consomment donc
plus de dioxygène (O₂) et produisent
plus de dioxyde de carbone (CO₂).
Pour répondre à ces besoins accrus :
- Le cœur accélère pour envoyer plus de sang (et donc plus d'O₂ et de nutriments) aux muscles par unité de temps.
- La fréquence respiratoire augmente pour renouveler plus vite l'air des alvéoles, capter davantage d'O₂ et éliminer plus rapidement le CO₂ produit.
3. Que se passerait-il si le cœur ne pouvait pas accélérer lors d'un effort ? (2 pts)→ Si le cœur ne pouvait pas accélérer, le
débit sanguin resterait insuffisant pour les besoins des muscles en activité. Les cellules musculaires
manqueraient de dioxygène et de glucose nécessaires à leur respiration cellulaire. Elles ne pourraient pas produire l'énergie nécessaire à leur contraction.
Les muscles se fatigueraient très rapidement et la personne serait dans l'incapacité de maintenir l'effort. Dans les cas extrêmes, cela pourrait provoquer un malaise ou une perte de connaissance.
Exercice 4 — Rôle des nutriments
1. Tableau de classement des nutriments (3 pts)
| Nutriment | Origine alimentaire | Rôle principal dans les cellules |
|---|
| Glucose | Digestion des glucides (pain, pâtes, riz, sucres) | Principale source d'énergie : « brûlé » lors de la respiration cellulaire (+ construction) |
| Acides aminés | Digestion des protéines (viande, poisson, œufs, légumineuses) | Construction et réparation des protéines cellulaires (enzymes, structures…) |
| Acides gras | Digestion des lipides (huile, beurre, graisses animales) | Réserves d'énergie et constitution des membranes cellulaires |
2. Différence entre un aliment et un nutriment (1 pt)→
- Un aliment est ce que l'on mange sous forme brute ou cuisinée. Exemple : le pain.
- Un nutriment est une petite molécule produite par la digestion d'un aliment, assimilable directement par les cellules via le sang. Exemple : le glucose, issu de la digestion de l'amidon du pain.
La digestion transforme les aliments en nutriments.
Exercice 5 — Raisonnement : bilan de fonctionnement
Réponse attendue (2 pts)
L'affirmation de l'élève est incomplète car elle ne décrit que la ventilation pulmonaire (les mouvements de la cage thoracique qui font entrer et sortir l'air), qui n'est qu'une partie du processus.
En biologie, le terme « respiration » recouvre deux phénomènes liés mais distincts :
- La ventilation pulmonaire : mouvements de la cage thoracique qui renouvellent l'air dans les poumons (inspiration / expiration). Elle permet les échanges gazeux O₂/CO₂ entre l'air et le sang au niveau des alvéoles pulmonaires.
- La respiration cellulaire : réaction chimique qui se déroule dans toutes les cellules de l'organisme (dans les mitochondries). Les cellules utilisent le dioxygène et le glucose pour produire de l'énergie, en rejetant du dioxyde de carbone et de l'eau.
Équation : Glucose + O₂ → CO₂ + H₂O + énergie
Ainsi, « respirer » ne signifie pas seulement bouger les poumons : c'est un processus qui implique le transport des gaz par le sang, les échanges aux niveaux des organes, et surtout la
réaction énergétique dans chaque cellule vivante.