Expériences sur le thème de la santé/Santé: Échographie

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Utilisation en classe

Pour une activité expérimentale destinée à la classe de première ST2S, on peut illustrer les notions autour du sons et ultrasons, avec l'absorption et la réflexion avec l'étude d'une méthode de diagnostic médical, l'échographie, présente à la fin de la partie les ondes au service de la santé du programme.

Expérience

Matériel

Oscilloscope, GBF, émetteurs ultrasons, récepteurs ultrasons, câbles adaptés, matériaux (bois, papier, mousse...)

Manipulations

Il faut brancher l'oscilloscope au niveau du GBF et du récepteur ultrason. Le GBF est lié à l'émetteur ultrason.

Obstacle absorbant

Schéma simplifié d'un émetteur et récepteur ultrason.

En intercalant un obstacle entre E (émetteur) et R (récepteur), on observe sur l'oscilloscope le signal envoyé par E, et le signal reçu par R dans plusieurs cas: le cas avec juste de l'air entre les 2, plusieurs cas avec un obstacle entre E et R avec différentes épaisseurs de papier, le cas avec un obstacle en bois, et le cas avec un obstacle en mousse.

Obstacle entre E et R:	Air	Peu de papier	Beaucoup de papier	Bois	Mousse
Aspect du signal reçu par rapport au signal émis:	Pas d'atténuation	Pas d'atténuation	Peu d'atténuation	Beaucoup d'atténuation	Beaucoup d'atténuation

Avec cette expérience, on voit que l'atténuation dépend du matériau utilisé et aussi que pour un même matériau, plus l'épaisseur de l'obstacle augmente, plus on a atténuation.

Obstacle réfléchissant

Schéma de l'expérience illustrant la réflexion des ondes émises par E, émetteur et récupéré par R, récepteur.

En plaçant E (émetteur) et R (récepteur) du même côté de l'obstacle, on peux étudier la réflexion du signal envoyé par E sur R, avec plusieurs obstacles différents: le cas avec l'air, "sans obstacle" et le cas avec du papier, avec du bois, et de la mousse.

Obstacle réfléchissant:	Air (Pas d'obstacle)	Papier	Bois	Mousse
Signal récupéré par R	Nul	Nul	Non nul	Nul

Avec cette deuxième expérience, on met en évidence la réflexion de l'onde ultrasonore sur l'obstacle en bois, et pas sur la mousse qui lui absorbe l'onde ultrasonore.

Étude des deux à la fois

Si on a suffisamment de récepteur, on peut faire cette étude avec un émetteur et deux récepteurs, pour étudier à la fois le signal transmis à travers un obstacle et le signal réfléchi. Sur les écrans oscilloscopes, en jaune est représenté le signal reçu par le récepteur étudiant la réflexion, en bleu est représenté le signal reçu par le récepteur étudiant la transmission.

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  Utilisation d'un émetteur et de deux récepteurs ultrasons pour étudier à la fois la reflexion et la transmission.
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  Utilisation d'un émetteur et de deux récepteurs ultrasons pour étudier à la fois la reflexion et la transmission, avec l'obstacle: plaque de métal.
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  Utilisation d'un émetteur et de deux récepteurs ultrasons pour étudier à la fois la reflexion et la transmission, avec l'obstacle: morceau de mousse épais
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  Utilisation d'un émetteur et de deux récepteurs ultrasons pour étudier à la fois la reflexion et la transmission, avec l'obstacle: papier

Remarque: on obtient un signal dû à la réflexion dans le cas avec l'air et le papier; ce signal est due à la réflexion sur la partie autour du récepteur étudiant la transmission (le capteur étant localisée que dans la partie centrale du disque).

Conclusion

Avec cette activité, on permet aux élèves de travailler avec l'oscilloscope pour mettre en évidence les propriétés des ondes ultrasonores, outil nécessaire avant de passer à l'étude documentaire de l'échographie.