Comment la physique peut-elle faire battre nos cœurs ?

« Comment la physique peut-elle faire battre nos cœurs ? Comme on le sait tous, le cœur est un organe vital du corps humain, son rythme est défini par une composante mécanique, avec des phases de contractions et de relaxations qui permettent la circulation du sang dans l’organisme.

Ces phases sont liées à une composante électrique produite par des cellules capables de fabriquer un courant électrique de quelques millivolts.

Cependant, il arrive que suite à un problème de conduction, le cœur batte trop rapidement et de manière irrégulière : c’est ce qu’on appelle la fibrillation.

Cela peut entraîner un arrêt cardiaque qui, sans intervention rapide peut se révéler mortel.

D’après le ministère des solidarités et de la santé, on compte en France, chaque année, entre 40 000 et 50 000 décès suite à un arrêt cardiaque. Cependant, on peut utiliser un DAE (défibrillateur automatique externe) qui permet en administrant des chocs électriques, de stimuler le cœur et tenter de resynchroniser l’activité électrique cardiaque.

Ainsi, comment la physique peut-elle faire battre nos cœurs ? C’est en 1947 que le Dr Claude Beck invente dans l’Hôpital Universitaire de Cleveland un défibrillateur fonctionnant avec le courant alternatif du secteur et avec une tension utile de l’ordre de 1500 volts. On peut représenter le défibrillateur avec un schéma simplifié d’un circuit en dérivation contenant : - un générateur capable de délivrer une tension de 1500 V - un condensateur de capacité 470 μF - le thorax du patient qui relié au circuit par deux électrodes collées sur la poitrine de la victime et qui est assimilé à un conducteur ohmique de résistance 50 Ω (en réalité elle varie de 20 à 150 ohms en fonction de chaque individu) D’un point de vue physique, on peut étudier les temps de charge et de décharge, en, sachant tout de même que l’intervention pour qu’elle soit efficace, doit être la plus rapide possible. - A l’instant initial, l’interrupteur (sur le schéma K1) est ouvert, le condensateur est alors déchargé. Il faut procéder à sa charge et basculer l’interrupteur du côté du générateur. A l’aide d’une équation différentielle régissant l’évolution de la tension en fonction du temps au borne du condensateur pendant sa charge, on trouve par lecture graphique la constante de temps τ=480ms.

On estime que la charge est terminée lorsque la tension a atteint 99 % de sa capacité finale, soit t=5τ.

On peut alors dire que le condensateur est totalement chargé.... »