Physique Médicale

LA PHYSIQUE

MDICALE

Physique

12e anne

Regroupement 4

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LA PHYSIQUE MDICALE

APERU DU REGROUPEMENT

Dans le prsent regroupement, llve explore le rayonnement par lentremise dun contexte de

physique mdicale. Lintention du contexte de physique mdicale est de stimuler limagination des

lves en tudiant un sujet dactualit. Llve aura loccasion dtablir des liens entre la

radioprotection, la physique mdicale et certains principes de physique.

CONSEILS DORDRE GNRAL

En 9e anne, les lves ont tudi le modle atomique de Bohr. Les lves ont tudi les quatre forces

fondamentales en physique, 11e anne. En physique 12e anne, on ajoute le concept de stabilit

ltude de latome.

Les applications du rayonnement en physique mdicale est un domaine qui ne cesse de progresser, donc

laccs des lves Internet est fortement recommand afin quils puissent y poursuivre leurs

recherches.

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4.02

3

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12e anne

Regroupement 4 LA PHYSIQUE MDICALE

BLOCS DENSEIGNEMENT SUGGRS

Afin de faciliter la prsentation des renseignements et des stratgies denseignement et dvaluation, les

RAS de ce regroupement ont t disposs en blocs denseignement. souligner que, tout comme le

regroupement lui-mme, les blocs denseignement ne sont que des pistes suggres pour le droulement

du cours de physique. Lenseignant peut choisir de structurer son cours et ses leons en privilgiant une

autre approche. Quoi quil en soit, les lves doivent russir les RAS prescrits par le Ministre pour la

physique 12e anne.

Outre les RAS propres ce regroupement, plusieurs RAS transversaux de la physique 12e anne ont t

rattachs aux blocs afin dillustrer comment ils peuvent senseigner pendant lanne scolaire.

Titre du bloc RAS inclus dans le bloc Dure suggre

Bloc A La radioactivit P12-4-01, P12-4-02, P12-4-03, P12-4-04, P12-0-1c

120 140 min

Bloc B Le rayonnement ionisant et non ionisant

P12-4-05, P12-4-06, P12-4-07, P12-4-08, P12-0-2i

140 160 min

Bloc C Les techniques dimagerie et de traitement mdical

P12-4-09 , P12-0-3a, P12-0-3b, P12-0-3c, P12-0-4b

140 160 min

Rcapitulation et objectivation pour le regroupement en entier 100 120 min

Nombre dheures suggres pour ce regroupement 8 10 h

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LA PHYSIQUE MDICALE

Ressources ducatives pour lenseignant

Vous trouverez ci-dessous une liste de ressources ducatives qui se prtent bien ce regroupement. Il

est possible de se procurer la plupart de ces ressources la Direction des ressources ducatives

franaises (DREF) ou de les commander auprs du Centre des manuels scolaires du Manitoba (CMSM).

[R] indique une ressource recommande

LIVRES lments de physique: cours dintroduction, de David G. Martindale et Lise Malo, d. de la

Chenelire/McGraw-Hill (1992). ISBN 2-89310-085-6. DREF 530/M384e.

lments de physique: cours dintroduction Guide denseignement, de David G. Martindale, d.

de la Chenelire/McGraw-Hill (1994). ISBN 2-89310-173-9. DREF 530/M384e.

[R] L'enseignement des sciences de la nature au secondaire : Une ressource didactique, d'ducation

et Formation professionnelle Manitoba (2000). ISBN 0-7711-2139-3. DREF PD. CMSM 93965.

[stratgies de pdagogie diffrencie]

[R] Physique 11 Guide denseignement (avec rponses sur cdrom), dIgor Nowikow et Brian

Heimbecker, d. de la Chenelire/McGraw-Hill (2002). ISBN 2-89310-873-3. DREF 530 N948p.

CMSM 92898.

[R] Physique 11 Manuel de l'lve, dIgor Nowikow et Brian Heimbecker, d. de la

Chenelire/McGraw-Hill (2002). ISBN 2-89310-872-5. DREF 530 N948p. CMSM 92303.

[R] Physique 11-12 Banque dvaluation informatise, de Ackroyd, J.E. et autres, d. Chenelire

ducation (2009). ISBN 978-2-7650-2451-4. DREF 530 A82p.

[R] Physique 11-12 Banque dimages, de Ackroyd, J.E. et autres, d. Chenelire ducation (2009).

ISBN 978-2-7650-2452-1. DREF 530 A82p. CMSM 96138.

[R] Physique 11-12 Guide denseignement 11e anne, de Ackroyd, J.E. et autres, d. Chenelire

ducation (2007). ISBN 978-2-7650-1702-8. DREF 530 A82p. CMSM 96135.

[R] Physique 11-12 Guide denseignement 12e anne, de Ackroyd, J.E. et autres, d. Chenelire

ducation (2007). ISBN 978-2-7650-1975-6. DREF 530 A82p. CMSM 96136.

[R] Physique 11-12 Manuel de llve, de Ackroyd, J.E. et autres, d. Chenelire ducation (2008).

ISBN 978-2-7650-1703-5. DREF 530 A82p. CMSM 97717.

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4.04

5

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[R] Physique 11-12 Recueil de solutions, de Ackroyd, J.E. et autres, d. Chenelire ducation (2009).

ISBN 978-2-7650-2453-8. DREF 530 A82p. CMSM 96137.

[R] Physique 12 Guide denseignement, de Hirsch, A. et autres, d. Beauchemin (2002). ISBN

9782761615488. DREF 530 H669p 12. CMSM 92899.

[R] Physique 12 Manuel de llve, de Hirsch, A. et autres, d. Beauchemin (2002). ISBN

9782761615341. DREF 530 H669p 12. CMSM 92681.

[R] Physique 12 Matriel reproductible, de Hirsch, A. et autres, d. Beauchemin (2002). ISBN

9782761615495. DREF 530 H669p 12. CMSM 92863.

[R] Physique 12 Solutionnaire, de Hirsch, A. et autres, d. Beauchemin (2002). ISBN 9782761615501.

DREF 530 H669p 12.CMSM 92864.

Physique 3 Ondes, optique et physique moderne, de Benson H. et autres, d. du Renouveau

pdagogique (1999). ISBN 2-7613-1042-X. DREF 530 B474p 03

La physique et le monde moderne, dAlan Hirsch et Michle Lematre, d. Gurin (1991).

ISBN 2-7601-2400-2. DREF 530.0202/H669p

Principes fondamentaux de la physique: un cours avanc, de Martindale, Heath et Eastman, d. Gurin (1992). ISBN 2-7601-2445-2. DREF 530 M384p

[R] La sant et la radiophysique : ressource manitobaine pour le cours de physique 12e anne Guide

de llve, dducation Manitoba (2009). ISBN 978-0-7711-4465-3. DREF

[R] La sant et la radiophysique : ressource manitobaine pour le cours de physique 12e anne

Guide de lenseignant, dducation Manitoba (2009). ISBN 978-0-7711-4464-6. DREF

[R] La scurit en sciences de la nature : Un manuel ressource, dducation et Formation

professionnelle Manitoba (1999). ISBN 0-7711-2136-9. DREF P.D. CMSM 91719.

AUTRES IMPRIMS

LActualit, ditions Rogers Media, Montral (Qubec). DREF PRIODIQUE. [revue publie 20 fois

lan; articles dactualit canadienne et internationale+

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4.05

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LA PHYSIQUE MDICALE

a mintresse, Prisma Presse, Paris (France). DREF PRIODIQUE. [revue mensuelle; beaucoup de

contenu STSE; excellentes illustrations]

Dcouvrir : la revue de la recherche, Association francophone pour le savoir, Montral (Qubec).

DREF PRIODIQUE [revue bimestrielle de vulgarisation scientifique; recherches canadiennes]

Pour la science, d. Blin, Paris (France). DREF PRIODIQUE [revue mensuelle; version franaise de

la revue amricaine Scientific American]

[R] Qubec Science, La Revue Qubec Science, Montral (Qubec). DREF PRIODIQUE. [revue publie

10 fois lan+

[R] Science et vie junior, Excelsior Publications, Paris (France). DREF PRIODIQUE. [revue mensuelle;

excellente prsentation de divers dossiers scientifiques; explications logiques avec beaucoup de

diagrammes]

[R] Science et vie, Excelsior Publications, Paris (France). DREF PRIODIQUE. [revue mensuelle; articles

plus techniques]

Sciences et avenir, La Revue Sciences et avenir, Paris (France). DREF PRIODIQUE.

[revue mensuelle; articles dtaills]

VIDOCASSETTES ET DVD

[R] La sant et la physique : TI/LINAC/IRM/Rayons X/chographique, dducation Manitoba (2011).

DISQUES NUMRISS ET LOGICIELS

Physique 12 Banque de questions informatises, ditions Beauchemin (2002). ISBN

9782761615518. DREF 530 H669p 12.

valutel Sciences Physiques. lectricit, de Charles Chahine et autres, Prod. Evalutel Multimdia

(1997). ISBN 291229102X. DREF CD-ROM 537 E92.

La physique par lexprience : simulations, Prod. Sciensoft (1998), DREF CD-ROM 530 S416.

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4.06

7

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SITES WEB

Agents physiques. (juillet 2012). [Le menu gauche permet daccder des informations sur le rayonnement+

Association canadienne des physiciens et physiciennes. (juillet 2012).

Association canadienne des technologues en radiation mdicale. (juillet 2012).

Association des radio-oncologues du Qubec. (juillet 2012).

LAssociation nuclaire canadienne. (juillet 2012). [comprend un grand

nombre de modules en ligne lintention des lves permettant de dcouvrir lunivers de

lindustrie nuclaire+

Avenir en sant. (juillet 2012). *permet dexplorer

des carrires dans le domaine de la physique mdicale, par exemple physicien(ne) mdical(e),

technologue en mdecine nuclaire et technologue en radio-oncologie]

Bancs solaires et rayonnement UV.

(juillet 2012).

Comment se droule une IRM?

(juillet 2012).

Commission canadienne de sret nuclaire.

(juillet 2012).

Dchets radioactifs. (juillet 2012).

Dpt atmosphrique.

(juillet 2012). [vido sur les effets des retombes radioactives sur des communauts du Nord

canadien]

Effets des ondes lectromagntiques sur lhumain.

(juillet 2012).

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Lnergie nuclaire : fusion et fission.

(juillet 2012).

Exposition au rayonnement.

(juillet 2012).

[information sur les doses de rayonnement]

Le fonctionnement dun racteur nuclaire.

(juillet 2012). [comprend des informations, des animations et des diagrammes]

[R] Fours micro-ondes et leurs dangers.

(juillet 2012).

Fusion froide. (juillet 2012).

Fusion froide : anniversaire dun drapage. (juillet

2012).

La fusion froide contre-attaque.

(juillet 2012).

Fusion froide : le retour?

(juillet

2012).

Grandeur et dcadence des rayons N.

(juillet 2012). *article sur la prtendue dcouverte dun nouveau

type de rayonnement appel rayons N]

Grandeurs et units de rayonnement ionisant. (juillet 2012).

Health Physics Society Frequently Asked Questions. (juillet 2012). [site anglais; questions et rponses sur les rayonnements]

Page

4.08

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Hiroshima & Nagasaki. (juillet 2012) [prsente des

informations et des tmoignages du bombardement avec la bombe atomique]

Lhomme et les rayonnements.

(juillet

2012). [informations, animations et diagrammes sur les diffrents types de rayonnement et leurs

effets]

Horreur atomique Hiroshima. (juillet 2012). [dossier dans les

archives de Radio Canada]

Limagerie mdicale.

(juillet 2012). [comprend des informations, des diagrammes, des photos et des vidos sur les

diffrentes applications des rayonnements en mdecine]

Inside Story: Physics in medicine. (juillet

2012). *site anglais; site interactif sur les techniques dimagerie mdicale et la radiothrapie]

[R] Lirradiation des aliments. (juillet 2012).

[R] Irradiation des aliments. (juillet

2012).

[R] Irradiation des aliments.

(juillet 2012).

Louis Slotin. (juillet 2012). [courte biographie du physicien nuclaire canadien Louis Slotin] Lumire et matire. (juillet 2012).

Ondes et champs lectromagntiques. (juillet 2012).

Pierre et Marie Curie. (juillet 2012). [vido; Le physicien Pierre-Gilles de Gennes raconte les apports scientifiques de Marie Curie, chimiste, et de Pierre Curie, physicien]

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4.09

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LA PHYSIQUE MDICALE

[R] Pourquoi irradier les aliments?

(juillet 2012).

Radioactive Quack Cures.

(juillet 2012). [site anglais]

La radioactivit. (juillet 2012). [dossiers thmatiques sur la

radioactivit]

La radioactivit.com. (juillet 2012).

La radiothrapie. (juillet 2012). [vido; Le physicien Pierre-Gilles de

Gennes raconte les dbuts de la radiothrapie.]

Radon. (juillet 2012).

Du radon dans la maison. (juillet 2012).

Le radium, pour le meilleur et pour le pire.

(juillet 2012).

Rayon N. (juillet 2012).

Le rayonnement ionisant. (juillet 2012).

The secret life of Louis Slotin. (juillet

2012). [site anglais]

Le sievert, unit de mesure de limpact de la radioactivit.

(juillet 2012). *fiche dinformation sur le sievert]

Socit canadienne du cancer. (juillet 2012).

[R] Solarium : Rayonnements et sant.

(juillet 2012).

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[R] La technologie nuclaire et les dtecteurs de fume. (juillet 2012). [R] La tlcommande infrarouge. (juillet 2012). [R] Traitement de leau aux rayons ultraviolets (UV). (juillet 2012). Unit de physique mdicale. (juillet 2012). *site Internet de luniversit McGill dcrivant la physique mdicale, le programme de physique mdical McGill ainsi que les carrires dans ce domaine]

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LA PHYSIQUE MDICALE

RSULTATS DAPPRENTISSAGE SPCIFIQUES THMATIQUES

Llve sera apte :

P12-4-01 dcrire le modle nuclaire de latome,

entre autres le proton, le neutron, le noyau, les forces nuclaires, la stabilit, les

isotopes, le nombre de masse, llectron, lion;

RAG : A2, D3

P12-4-02 dfinir la radioactivit comme un changement nuclaire qui produit de lnergie,

entre autres le becquerel, la dsintgration radioactive, la priode radioactive;

RAG : D3, D4

P12-4-03 effectuer des calculs de dsintgration au moyen de nombres entiers de priode

radioactive;

RAG : C2, D4

P12-4-04 dcrire les genres de rayonnement suivants : les rayons alpha, les rayons bta et le

rayonnement lectromagntique,

entre autres le rayonnement corpusculaire, le rayonnement ondulatoire, le spectre lectromagntique, le transfert linique dnergie;

RAG : D3, D4

P12-4-05 comparer les sources et les caractristiques du rayonnement ionisant et du rayonnement

non ionisant,

entre autres les matires radioactives naturelles, le radon, le rayonnement naturel,

lampoule, les objets chauds;

RAG : D3, D4

P12-4-06 dcrire des applications du rayonnement non ionisant,

par exemple les communications, le four micro-ondes, le laser, le lit de bronzage; RAG : B1, B2

P12-4-07 dcrire des applications du rayonnement ionisant,

par exemple lirradiation des aliments, la strilisation, le dtecteur de fume;

RAG : B1, B2

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RSULTATS DAPPRENTISSAGE SPCIFIQUES THMATIQUES (SUITE)

P12-4-08 dcrire les effets du rayonnement ionisant et non ionisant sur le corps humain,

entre autres le sievert, les coups de soleil;

RAG : B3, C1

P12-4-09 tudier lapplication du rayonnement dans les techniques dimagerie et de traitement

mdical,

par exemple limagerie nuclaire : lultrason, lendoscopie, limagerie par rsonance

magntique (IRM), les rayons X, la tomodensitomtrie (TDM), la tomographie par

mission de positrons (TEP); la thrapie nuclaire: la curiethrapie, la radiothrapie

externe, le couteau gamma;

RAG : A4, B1, B4

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LA PHYSIQUE MDICALE

P12-4-01 dcrire le modle nuclaire de latome,

entre autres le proton, le neutron, le noyau, les forces nuclaires, la stabilit, les

isotopes, le nombre de masse, llectron, lion;

RAG : A2, D3

P12-4-02 dfinir la radioactivit comme un changement nuclaire qui produit de lnergie,

entre autres le becquerel, la dsintgration radioactive, la priode radioactive;

RAG : D3, D4

P12-4-03 effectuer des calculs de dsintgration au moyen de nombres entiers de priode

radioactive;

RAG : C2, D4

P12-4-04 dcrire les genres de rayonnement suivants : les rayons alpha, les rayons bta et le

rayonnement lectromagntique,

entre autres le rayonnement corpusculaire, le rayonnement ondulatoire, le spectre lectromagntique, le transfert linique dnergie;

RAG : D3, D4 P12-0-1c rattacher l'historique des ides scientifiques et de la technologie la forme et la fonction

du savoir scientifique actuel. RAG : B1

Stratgies denseignement suggres

En tte

Activer les connaissances antrieures des lves sur le dveloppement historique du modle atomique de Bohr en les invitant complter lexercice de lannexe 1.

OU

Activer les connaissances antrieurs des lves sur la radioactivit laide de la stratgie coute, dessine, trouve un partenaire, discute (voir Lenseignement des sciences de la nature au secondaire, p. 9.14-9.16). La question suivante peut servir de guide : - Quest-ce qui vous vient lesprit quand vous pensez la radioactivit?

En 9e

anne, les lves ont

tudi le modle atomique de

Bohr. Les lves ont tudi les

quatre forces fondamentales

en physique, 11e anne.

Bloc A La radioactivit

Llve sera apte :

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En qute

Enseignement direct Le modle atomique Revoir avec les lves les concepts du modle atomique qui posent de la difficult. Sassurer quils saisissent bien les concepts disotope, dion et de forces nuclaires. Des renseignements pour lenseignant figurent lannexe 2. Activit La radioactivit, la dsintgration et la demi-vie Expliquer aux lves ce quest la radioactivit, la dsintgration et la demi-vie (voir lannexe 3, La sant et la radiophysique, p. 5-6 et 43-46, Physique 11, p. 636, 637 et p. 641-644 ou Physique 11-12, p. 797 et p. 811-814). Se procurer environ 200 pices dun cent (ou plus) et les distribuer aux lves. Au dpart, chaque pice reprsente un noyau instable. Inviter les lves placer leurs pices dans un gobelet, agiter le gobelet puis le retourner. Toutes les pices qui tombent du ct face reprsentent un noyau dsintgr (et que lon prsume maintenant stable), et toutes celles qui tombent du ct pile reprsentent un noyau non encore dsintgr et donc instable. Demander aux lves de remettre dans le gobelet les pices tombes du ct pile cest--dire les noyaux instables et de ranger part celles tombes du ct face qui sont dsintgres et ne comptent plus dans le jeu. Inviter les lves rpter lopration plusieurs reprises jusqu ce que le nombre de noyaux instables soit infrieur 20, puis illustrer les rsultats sur un graphique avec en ordonne le nombre de noyaux instables et en abscisse le numro du coup de pile ou face. Du point de vue statistique, nous pouvons nous attendre ce quenviron la moiti des pices se dsintgrent chaque coup. La priode radioactive des pices correspond la dure ncessaire pour effectuer le jeu dcrit ci-dessus. Rsolution de problmes Inviter les lves rsoudre des problmes sur la dsintgration et la demi-vie (voir La sant et la radiophysique, p. 46, Physique 11, p. 664 ou Physique 11-12, p. 812-814 et p. 817). Revoir les problmes avec les lves pour dterminer leur niveau de comprhension. Au besoin, rviser la matire ou la revoir en profondeur. Recherche Les genres de rayonnement Inviter les lves se renseigner sur les diffrents types de radiation (voir lannexe 4, La sant et la radiophysique, p. 5 et 6, Physique 12, p. 666-673 ou Physique 11-12, p. 797-806) et rsumer linformation laide dune stratgie de prise de notes (voir Lenseignement des sciences de la nature au secondaire, p. 12.23).

En fin

Inviter les lves consolider leur comprhension des termes suivants au moyen du procd tripartite (voir Lenseignement des sciences de la nature au secondaire, p. 10.9, 10.10 et 10.22): becquerel, dsintgration radioactive, priode radioactive, rayons alpha, rayons bta, rayonnement lectromagntique.

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LA PHYSIQUE MDICALE

Stratgies dvaluation suggres

Inviter les lves dessiner des modles de Bohr pour des atomes, des ions et des isotopes dlments.

Inviter les lves complter un cadre de concept au sujet de la radioactivit (voir Lenseignement des sciences de la nature au secondaire, p. 11.20-11.22 et p. 11.36).

Inviter les lves complter lexercice de lannexe 5 (le corrig figure lannexe 6).

Inviter les lves comparer les diffrents genres de rayonnements laide de cadres de comparaison (voir Lenseignement des sciences de la nature au secondaire, p.10.15-10.17 et p. 10.24).

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P12-4-05 comparer les sources et les caractristiques du rayonnement ionisant et du rayonnement non ionisant,

entre autres les matires radioactives naturelles, le radon, le rayonnement naturel, lampoule, les objets chauds; RAG : D3, D4

P12-4-06 dcrire des applications du rayonnement non ionisant,

par exemple les communications, le four micro-ondes, le laser, le lit de bronzage; RAG : B1, B2

P12-4-07 dcrire des applications du rayonnement ionisant,

par exemple lirradiation des aliments, la strilisation, le dtecteur de fume; RAG : B1, B2

P12-4-08 dcrire les effets du rayonnement ionisant et non ionisant sur le corps humain,

entre autres le sievert, les coups de soleil; RAG : B3, C1

P12-0-2i slectionner et intgrer de linformation obtenue partir dune varit de sources,

entre autres imprimes, lectroniques, humaines. RAG : C6, C8


En tte

Inviter les lves discuter les questions suivantes :

- Do vient la radiation? - Est-elle toujours dangereuse? - Devrait-on toujours tenter de larrter? - Peut-on larrter?

OU

Se procurer un compteur Geiger et mesurer le rayonnement naturel. Poser les questions suivantes aux lves :

- Do vient cette radiation? - Est-elle dangereuse?

Bloc B Le rayonnement ionisant et non ionisant

Llve sera apte :

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LA PHYSIQUE MDICALE

En qute

Recherche Applications du rayonnement ionisant et non ionisant Expliquer aux lves la diffrence entre le rayonnement ionisant et non ionisant (voir lannexe 7 ou La sant et la radiophysique, p. 21-24). Ensuite, inviter les lves se renseigner au sujet des applications du rayonnement ionisant et non ionisant laide de la stratgie Jigsaw (voir Lenseignement des sciences de la nature au secondaire, p. 3.21). Diviser la classe en groupes dexperts et assigner chacun un article dcrivant une diffrente application. Voici des thmes et des articles possibles (des renseignements pour lenseignant figurent lannexe 8) :

Fours micro-ondes - La sant et la radiophysique, p. 55

Communications - La sant et la radiophysique, p. 54

Lits de bronzage - La sant et la radiophysique, p. 53 et 54

Traitement deau aux rayons UV

Irradiation des aliments

Dtecteur de fume

Tlcommande

Inviter les lves prparer un court rsum de larticle en expliquant le fonctionnement de lapplication ainsi que ses effets possibles sur le corps humain. Vrifier les rsums de chaque groupe dexperts, faisant des corrections ou des ajouts sil y a lieu. Pour sassurer que chaque membre du groupe dexperts est en mesure dexpliquer son sujet, inviter les lves faire des explications tour de rle lintrieur du groupe dexperts. Ensuite, former des groupes htrognes ( familles ) pour quils se partagent leurs nouvelles connaissances. Effets du rayonnement sur le corps humain Inviter les lves lire un texte sur les effets du rayonnement sur le corps humain (voir lannexe 9) et rsumer linformation laide dune stratgie de prise de notes (voir Lenseignement des sciences de la nature au secondaire, p. 12.23).

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En fin

Inviter les lves valuer leur participation lactivit de groupes dexperts (voir lannexe 10).


Pour vrifier lacquisition des connaissances par les lves, utiliser la stratgie des ttes numrotes (voir Lenseignement des sciences de la nature au secondaire, p. 3.12).

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LA PHYSIQUE MDICALE

P12-4-09 tudier lapplication du rayonnement dans les techniques dimagerie et de traitement

mdical, par exemple limagerie nuclaire : lultrason, lendoscopie, limagerie par rsonance magntique (IRM), les rayons X, la tomodensitomtrie (TDM), la tomographie par mission de positons (TEP); la thrapie nuclaire: la curiethrapie, la radiothrapie externe, le couteau gamma.

RAG : A4, B1, B4 P12-0-3a analyser, selon diverses perspectives, des avantages et des inconvnients pour la socit et l'environnement lorsquon applique des connaissances scientifiques ou on introduit une technologie particulire; RAG : B1, B2 P12-0-3b dcrire des exemples d'volution de la technologie la suite de progrs dans le savoir

scientifique, et des exemples d'volution du savoir scientifique rsultant d'innovations technologiques;

RAG : A2, B2 P12-0-3c relever des enjeux d'ordre social lis aux sciences et la technologie, en tenant compte

des besoins humains et environnementaux et des considrations thiques; RAG : B3, B5 P12-0-4b travailler en coopration pour rassembler des connaissances antrieures, exprimer et

changer des ides, mener une tude scientifique, rsoudre des problmes et examiner des enjeux;

RAG : C7


En tte

Activer les connaissances antrieures des lves en leur posant les questions suivantes :

- As-tu dj eu un rayon-X ou un ultrason? - Cest quoi limagerie par rsonance magntique? - As-tu dj entendu parler du couteau gamma?

Bloc C Les techniques dimagerie et de traitement mdical

Llve sera apte :

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Physique

12e anne


En qute

Recherche Applications du rayonnement en mdecine Inviter les lves effectuer une recherche sur lapplication du rayonnement dans les techniques dimagerie et de traitement mdical, par exemple :

Lultrason;

Lendoscopie;

Limagerie par rsonnance magntique;

Les rayons X;

La tomodensitomtrie;

La tomographie par mission de positrons;

La curiethrapie;

La radiothrapie externe;

Le couteau gamma. Leur proposer de partager linformation recueillie selon la mthode de leur choix (p. ex., expos oral, brochure informative, prsentation multimdia). laborer des critres dvaluation avec les lves. Les critres devraient porter aussi bien sur le contenu que sur les lments de la prsentation et devraient tre semblables peu importe le type de prsentation choisi par les lves. On devrait attribuer la valeur dun point chaque critre ou utiliser une chelle dvaluation simple (par exemple, excellent, bon, assez bon, pauvre) pour chacun. Encourager les lves puiser de linformation de sources varies, noter les rfrences bibliographiques (voir lannexe 12) et examiner linformation pour en dterminer lutilit.

En tte

Inviter les lves faire une autovaluation de leur travail de groupe (voir lannexe 13).


valuer les prsentations des lves selon les critres tablis.

Des renseignements sur les techniques dimagerie et de traitement mdical figurent

lannexe 11 et dans le document La sant et la radiophysique ainsi que le DVD La sant et la physique.

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Page 4.22

LA PHYSIQUE MDICALE

Liste des annexes Annexe 1 : Exercice Le dveloppement historique du modle atomique de Bohr ......................... 4.23 Annexe 2 : Le modle nuclaire de latome Renseignements pour lenseignant ............................ 4.25 Annexe 3 : Radioactivit et priode radioactive Renseignements pour lenseignant ..................... 4.26 Annexe 4 : Les types de radiation Renseignements pour llve .................................................... 4.27 Annexe 5 : Exercice La dsintgration et la demi-vie ...................................................................... 4.29 Annexe 6: La dsintgration et la demi-vie Corrig ........................................................................ 4.31 Annexe 7: Le rayonnement ionisant et non ionisant - Renseignements pour lenseignant .............. 4.33 Annexe 8: Application du rayonnement ionisant et non ionisant Renseignements pour lenseignant .............................................................................................................. 4.34 Annexe 9: Les effets du rayonnement Renseignements pour llve ............................................ 4.36 Annexe 10 : Autovaluation de lapprentissage par groupes dexperts ............................................... 4.38 Annexe 11 : Application du rayonnement aux techniques dimagerie diagnostique et de traitement Renseignements pour lenseignant ........................................................ 4.39 Annexe 12: Rfrences bibliographiques ............................................................................................ 4.42 Annexe 13 : Rflexion individuelle sur le travail de groupe4.45

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ANNEXE 1 : Exercice Le dveloppement historique du modle atomique de Bohr

1. Associe chaque nom la dcouverte correspondante.

_____ Ernest Rutherford A. Dcouvre lexistence des lectrons par exprimentation, et dduit lexistence des protons. - Tout atome est constitu dlectrons et de protons. - Tous les lectrons sont identiques et ont une charge

ngative. - Tous les protons sont identiques et ont une charge positive. - Les proton a une masse beaucoup plus grande que llectrons, mais llectrons a le mme montant de charge quun proton, quoique oppose en nature.

_____ John Dalton

B. S'inspire du travail de plusieurs scientifiques pour expliquer pourquoi les lectrons ne se prcipitent pas vers le noyau (puisque toute charge ngative est attire par une charge positive). - Propose une analogie entre le systme solaire et l'atome :

les lectrons sont attirs vers le centre, mais ils possdent une forte nergie et donc sont en perptuel mouvement autour du noyau.

- Il existe des couches lectroniques ( niveaux d'nergie ou orbites ) o circulent les lectrons. Des contraintes physiques limitent le nombre d'lectrons dans chaque couche.

_____ Niels Bohr C. Propose une thorie atomique qui permet de distinguer les

particules et les substances. - Toute matire est constitue de petites particules appeles

atomes . - Les atomes ne peuvent tre crs, dtruits ou diviss en plus

petites particules. - Les atomes du mme lment sont identiques, mais

diffrents des atomes des autres lments. - Un compos est cr lorsque se combinent, en proportions

dfinies, des atomes de diffrents lments.

Bloc A

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LA PHYSIQUE MDICALE

_____ Joseph John Thomson D. la fin des annes 1800 et au dbut des annes 1900 des tudes sur la radioactivit (Rontgen, Becquerel, Curie) le mnent dcouvrir le noyau et dduire l'existence des neutrons. - Le minuscule noyau contient les protons qui sont denses,

lourds et positifs. - Un nuage lectronique dun trs grand volume, mais trs

lger, entoure le noyau de l'atome; il est charg ngativement.

- Les neutrons sont sans charge, mais ils ajoutent une importante masse au noyau; en effet, un neutron aurait une masse peu prs gale celle d'un proton.

- Ce ne sera que pendant les annes 1930 que l'existence des neutrons sera confirme par d'autres chimistes et physiciens.

2. Dessine le diagramme de Bohr pour les lments suivants : sodium, fluor, argon. 3. Le nombre de masse dun atome est 108 et son numro atomique est 47. Il sagit de quel

lment? 4. Combien dlectrons, de protons et de neutrons a un lment dont le nombre de masse est 252

et le numro atomique est 99. Quel est le nom de cet lment?

5. Quelle force fondamentale de la nature est responsable du maintient des protons et des neutrons dans le noyau dun atome?

Bloc A

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ANNEXE 2 : Le modle nuclaire de latome Renseignements pour lenseignant

On peut dcrire les atomes comme les lments constitutifs de la matire. Les atomes sont forms dune partie centrale appele le noyau, qui constitue la majeure partie de la masse et renferme toute la charge positive. Les lectrons entourent le noyau et portent une charge ngative; chaque lectron a une charge ngative qui quilibre parfaitement la charge positive dun proton du noyau. Les atomes neutres renferment un nombre gal de protons et dlectrons et ne possdent par consquent aucune charge nette. Le terme ion dsigne un atome qui nest pas neutre. Les ions peuvent avoir une charge positive ou ngative, selon que les protons ou les lectrons sont plus nombreux. Deux types de particules distincts constituent le noyau : les protons et les neutrons, que lon dsigne globalement par le terme nuclons. Les protons et les neutrons sont de masse presque gale mais possdent une charge diffrente : les protons ont une charge positive alors que les neutrons sont neutres. Le nombre de protons du noyau lui confre son identit lmentaire. Cest ce que lon appelle le numro atomique. titre dexemple, tout atome dont le noyau renferme six protons est dfini comme un carbone. Le nombre de nuclons de latome en dtermine le nombre de masse. Soulignons que les lments ont gnralement plus dun numro de masse car le nombre de neutrons est variable, mme pour les atomes dun mme lment. De telles variations chez un mme lment sont lorigine des isotopes. Par exemple, la plupart des atomes de carbone possdent six neutrons. Ces atomes comptent donc douze nuclons et forment un isotope du carbone, le carbone 12. Un petit nombre datomes de carbone prsents ltat naturel renferment cinq neutrons, et donc onze nuclons. Il sagit dun autre isotope du carbone, le carbone 11. Les particules du noyau exercent constamment des forces lune sur lautre. Les protons ont tous une charge positive et se repoussent donc mutuellement en raison de leur force lectromagntique. Comme les neutrons sont neutres, ils ne sont pas soumis laction dune force lectromagntique. Les protons comme les neutrons sont soumis leffet puissant dune autre force, la force nuclaire. Cette force dattraction, suprieure la force lectromagntique, na quune porte efficace trs restreinte. Les protons dun noyau se repoussent mutuellement sous leffet dune force et sattirent mutuellement sous leffet dune autre. Ces forces peuvent squilibrer et, le cas chant, les particules demeurent lintrieur du noyau. Un noyau qui renferme des nuclons en tat dquilibre durable est dit stable.

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LA PHYSIQUE MDICALE

ANNEXE 3 : Radioactivit et priode radioactive Renseignements pour lenseignant

Les forces qui agissent sur les particules du noyau peuvent provoquer la rupture de cet quilibre. Il se produit alors une transformation que lon appelle dsintgration radioactive. Les noyaux qui subissent une dsintgration radioactive spontane sont dits instables. La dsintgration radioactive met de lnergie et peut aussi modifier la composition du noyau. On dit dun chantillon de noyau instable quil a une activit, et lunit de mesure dune telle activit est le Becquerel (Bq), qui correspond une dsintgration par seconde. Bien quun noyau instable finisse certainement par se dsintgrer, on ne peut prvoir la vitesse de la dsintgration et cest pourquoi on la dit alatoire. Par exemple, on dit dun chantillon de substance qui subit 100 dsintgrations la seconde quil a une activit de 100 Becquerels. Comme cest le cas lorsque lon tire pile ou face, il est impossible de prvoir le rsultat dun vnement unique mais on peut prdire avec prcision le rsultat dun grand nombre dvnements. La priode radioactive est une mesure de la longvit dun isotope instable qui correspond la dure ncessaire pour que se dsintgre la moiti du noyau dun chantillon important. Prenons titre dexemple la priode radioactive de liode 131 qui est de huit jours environ. Cela signifie que si nous prenions un chantillon de 1 kg diode 131, il ne resterait que 0,5 kg diode 131 aprs huit jours (soulignons que le poids de lchantillon serait toujours denviron 1 kg, mais que le 0,5 kg rsiduel ne serait plus de liode 131). Aprs 16 jours (deux fois la dure radioactive), lchantillon ne renfermerait quenviron 0,25 kg diode 131. Prcisons que 1 kg diode 131 renferme approximativement 4,6 x 1024 atomes, ce qui rend la prvision statistique trs prcise.

Bloc A

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ANNEXE 4 : Les types de radiation Renseignements pour llve

Lorsquun noyau se dsintgre, il met de lnergie. Cette nergie peut prendre la forme de particules (dotes dnergie cintique) ou dondes. Les particules alpha sont littralement des fragments de noyau composs de deux protons et de deux neutrons (et donc en fait identiques au noyau de latome dhlium 4). Un isotope qui met des particules alpha est dcrit comme un metteur alpha, et le processus dmission de particules alpha par le noyau est la dsintgration alpha. La partie rsiduelle du noyau original est le driv radioactif, qui renferme deux protons et deux neutrons de moins (son identit lmentaire est donc modifie) que latome parent et qui peut lui aussi tre instable. Mentionnons titre dexemple que luranium 238 subit une dsintgration alpha dont le driv radioactif est le thorium 234. La dsintgration bta est le nom donn lmission par le noyau dune particule bta. Les particules bta sont identiques aux lectrons. La difficult laquelle on se heurte ici est que le noyau ne renferme au dpart aucun lectron. La particule bta mise provient en fait de la transformation dun neutron du noyau en proton. On serait tent den dduire quun neutron nest que le rsultat de la fusion dun proton et dun lectron, mais il nen est rien. Au niveau subatomique, la cration et lannihilation de particules sont choses courantes. Soulignons titre dexemple que le carbone 14 subit une dsintgration bta dont le driv radioactif est lazote 14.

U Th e24

90

234

92

238

particule

alpha ( )

driv

radioactif

Uranium 92 protons

et 146 neutrons

Thorium 90 protons

et 144 neutrons

2 protons et

2 neutrons

On reprsente la dsintgration alpha par lquation

suivante : A e2

4 -2

A-4

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LA PHYSIQUE MDICALE

ANNEXE 4 : Les types de radiation Renseignements pour llve (suite)

Il se peut aussi que les particules du noyau ne changent pas de nature mais quelles passent un niveau dnergie moindre, mettant leur nergie sous forme de rayonnement lectromagntique (c.--d., de rayons gamma). Les rayons gamma sont essentiellement une forme dnergie plus leve que la lumire visible qui appartiennent tous deux ce quil est gnralement convenu dappeler les ondes lectromagntiques. Le spectre lectromagntique regroupe toutes les ondes lectromagntiques, que lon dfinit en fonction de leur frquence et de leur longueur donde. Par ordre croissant dnergie et de frquence et par ordre dcroissant de longueur donde, les composantes du spectre lectromagntique sont les ondes radio, les micro-ondes, linfrarouge, la lumire visible, les ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma.

particule

bta ( )

driv

radioactif

Plomb 82 protons

et 132 neutrons

Bismuth 83 protons

et 131 neutrons

particule bta

(lectron)

On reprsente la dsintgration bta par lquation

suivante :

antineutrino

Photon

gamma

( )

Noyau

un niveau

infrieur

dnergie

Iode 53 protons

et 76 neutrons

Iode 53 protons

et 76 neutrons

photon gamma

On reprsente la dsintgration gamma par lquation

suivante :

noyau ( un

tat excit)

Bloc A

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ANNEXE 5 : Exercice La dsintgration et la demi-vie

Complte le tableau qui suit pour dterminer le temps ncessaire la dsintgration pour chaque pourcentage de la quantit initiale.

lment Demi-vie 50 % qui reste 25 % qui reste 12,5 % qui reste

Amricium 241

475 annes

Bismuth 212

60,5 minutes

Carbone 14

5730 annes

Hydrogne 3

12,26 annes

Fer 59

45,6 jours

Polonium 216

0,16 secondes

Sodium 24

15 heures

Bloc A

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LA PHYSIQUE MDICALE

ANNEXE 5 : Exercice La dsintgration et la demi-vie (suite)

Uranium 235

710 000 000 annes

Uranium 238

4,5 milliards dannes

Bloc A

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ANNEXE 6 : La dsintgration et la demi-vie Corrig

Complte le tableau qui suit pour dterminer le temps ncessaire de dsintgration pour chaque pourcentage de la quantit initiale.

lment Demi-vie 50 % qui reste 25 % qui reste 12,5 % qui reste

Amricium 241

475 annes

475 annes

950 annes 1425 annes

Bismuth 212

60,5 minutes

60,5 minutes 121 minutes 181,5 minutes

Carbone 14

5730 annes

5730 annes 11 460 annes 17 190 annes

Hydrogne 3

12,26 annes

12,26 annes 24,52 annes 36,78 annes

Fer 59

45,6 jours

45,6 jours 91,2 jours 136,8 jours

Polonium 216

0,16 secondes

0,16 secondes 0,32 secondes 0,48 secondes

Sodium 24

15 heures

15 heures 30 heures 45 heures

Bloc A

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LA PHYSIQUE MDICALE

ANNEXE 6 : La dsintgration et la demi-vie (suite)

Uranium 235

710 000 000 annes

710 000 000 annes

1 420 000 000 annes

2 130 000 000 annes

Uranium 238



9 milliards dannes


Bloc A

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ANNEXE 7 : Le rayonnement ionisant et non ionisant

Renseignements pour lenseignant

Certains lves croient peut-tre que le rayonnement est dangereux et quil faut sen protger. Sil est vrai que le rayonnement est parfois dangereux, il est toutefois impossible de lviter. Nombre de matriaux courants de notre environnement sont naturellement radioactifs car ils renferment des isotopes instables. Tout, de lair que nous respirons aux aliments que nous mangeons en passant par la terre sur laquelle nous vivons, est radioactif. Outre ces sources dorigine terrestre, nous sommes constamment exposs au rayonnement en provenance de lespace, y compris celui du soleil. Il existe aussi plusieurs sources de rayonnement artificielles. Ce sont notamment les sources radioactives prsentes dans les produits de consommation comme lenveloppe des lanternes gaz et les dtecteurs de fume ainsi que les sources de rayonnement auxquelles nous sommes parfois exposs au cours dexamens mdicaux. On peut gnralement dcrire le rayonnement, quelle quen soit la forme, comme ionisant ou non ionisant. Aprs leur mission par le noyau, les diffrentes formes de rayonnement peuvent interagir avec la matire et tout particulirement avec les lectrons entourant un atome neutre. Un rayonnement assez puissant peut extraire un lectron de latome parent et crer un ion charg et un lectron libre est un rayonnement ionisant. Le rayonnement dont lnergie nest pas suffisante pour provoquer lionisation est dit non ionisant. Lorsque lon utilise le terme rayonnement au sens large, tout pour ainsi dire peut tre source de rayonnement. Notamment, tout objet met un rayonnement lectromagntique dont le type et la quantit varient en fonction de sa temprature. temprature ambiante, les objets mettent surtout des infrarouges (rayonnement non ionisant). temprature leve, ils mettent en outre de la lumire visible (rayonnement non ionisant). Le filament dune ampoule lectrique incandescente est conu pour mettre de la lumire visible lorsquil atteint une temprature suffisamment leve. Rsum : Le rayonnement ionisant est un rayonnement de particules (comme les particules ou ou les neutrons rapides) ou dondes lectromagntiques haute nergie (comme les rayons gamma, les rayons X ou les rayons UV haute nergie) suffisamment puissantes pour expulser les lectrons des atomes ou des molcules et crer des ions. Le rayonnement non ionisant est un rayonnement dondes lectromagntiques qui na pas assez dnergie pour expulser les lectrons des atomes ou des molcules.

Bloc B

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LA PHYSIQUE MDICALE

ANNEXE 8 : Application du rayonnement ionisant et non ionisant

Renseignements pour lenseignant

Le rayonnement joue un rle important et vari dans notre vie quotidienne. Certaines applications du rayonnement comme dans le domaine des communications et le fonctionnement des fours micro-ondes sont perues comme utiles. Dautres applications comme lirradiation des aliments prtent controverse, et dautres encore, comme les coups de soleil et la radiothrapie, ont des consquences majeures sur le plan mdical. Il sagit l dexcellents sujets de recherche autonome. Les lves devraient tre en mesure dexpliquer les lois physiques en rapport avec leurs recherches, de cerner les deux points de vue propres tout sujet portant controverse et daborder les inquitudes que suscite leur sujet de recherche dans la socit. Applications du rayonnement non ionisant Le rayonnement lectromagntique haute nergie (rayons , rayons X, rayons ultraviolets haute

nergie) est suffisamment puissant pour ioniser les atomes et les molcules, ce qui nest pas le cas des ondes lectromagntiques basse nergie. On divise habituellement le spectre lectromagntique en sept rgions qui tendent se chevaucher. Les ondes lectromagntiques ayant la plus grande longueur donde, la plus basse frquence et la plus basse nergie sont les ondes radio. Par ordre croissant dnergie, le spectre comprend ensuite les micro-ondes, linfrarouge, la lumire visible, les rayons ultraviolets, les rayons X et, finalement, les rayons . Les ondes lectromagntiques basse nergie

donnent lieu diffrentes applications. Les ondes lectromagntiques trs basse frquence ayant des applications pratiques sont les ondes radio et tl. Les stations radios que nous coutons le plus souvent sont soit des stations AM ( modulation damplitude) ou des stations FM ( modulation de frquence). La gamme de frquences des ondes AM varie entre 545 kHz et 1 605 kHz. La frquence des ondes radio FM varie entre 88 MHz et 108 MHz. Les chanes de tlvision 2 6 utilisent des ondes lectromagntiques dont la frquence varie entre 54 et 88 MHz, alors que les chanes 7 13 utilisent des frquences variant entre 174 et 216 MHz. La plage de frquences allant denviron 109 Hz, ou 1 gigahertz (1 GHz), environ 3 x 1011 Hz est le domaine des micro-ondes. Comme ces ondes pntrent latmosphre terrestre, elles sont particulirement utiles aux communications avec les vhicules spatiaux et en radioastronomie. Les micro-ondes servent communiquer par lintermdiaire des satellites et sont donc utiles en ce qui a trait la technologie tlphonique et cellulaire. Elles servent aussi aux communications entre les avions, entre les avions et les stations terrestres et entre les stations de tlvision. Les molcules deau absorbent les micro-ondes, qui les font vibrer selon un mouvement de va-et-vient. Lnergie vibratoire se convertit rapidement en nergie thermique et leau schauffe. Cest le mode de fonctionnement des fours micro-ondes. Lobjet chauffer doit contenir de leau, ce qui explique quune assiette en papier sche nabsorbe aucune chaleur. De manire similaire, on utilise les appareils de diathermie pour rchauffer les muscles et les articulations afin de soulager la douleur.

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ANNEXE 8 : Application du rayonnement ionisant et non ionisant

Renseignements pour lenseignant (suite)

La bande infrarouge se fond dans celle des micro-ondes environ 300 GHz (109 z, longueur donde de 1,0 mm) et stend jusqu environ 385 THz (1012 z, longueur donde de 780 mm). Le rayonnement infrarouge est vraiment un rayonnement thermique. Ce type de rayonnement trouve une application dans le domaine des communications dans le fonctionnement des tlcommandes de tlviseur. Les appareils infrarouge servent aussi de dtecteurs de mouvement et donc de dispositifs de scurit. Le rayonnement infrarouge trouve aussi application dans la fabrication des lampes thermiques utilises en physiothrapie pour traiter les muscles endoloris. On utilise les films photographiques sensibles aux infrarouges pour la production dimages dites thermographiques, qui montrent la distribution de la temprature dans une partie du corps et permettent de dceler tout signe de circulation sanguine anormale. Elles facilitent la dtection des tumeurs crbrales et des cancers du sein. Les satellites dots dun dispositif sensible au rayonnement infrarouge peuvent servir la dtection des maladies des cultures ou des lance-missiles. Les tlescopes infrarouges servent scruter le ciel.

La lumire visible sert lexposition des films photographiques et au traitement des prmaturs atteints de jaunisse. Elle est ncessaire la photosynthse. Comme elle est parfois assez puissante pour rompre des liens chimiques fragiles, certaines substances se conservent de prfrence dans des rcipients opaques.

Applications du rayonnement ionisant Lune des applications pratiques du rayonnement ionisant est le dtecteur de fume, dont le

fonctionnement repose sur la dsintgration alpha de lisotope radioactif artificiel Am95241 . Dans ce type

de dtecteur, on insre une quantit infime de Am95241 entre deux plaques mtalliques connectes une

pile ou une autre source de frquence lectromagntique. Les particules mises par la source ionisent lair tout en permettant la circulation dun courant lectrique mesurable entre les plaques. Aussi longtemps que ce courant circule, le dtecteur nmet aucun son. Lorsque la fume pntre dans le dtecteur, les molcules dair ionises tendent coller aux particules de fume et sont neutralises, ce qui rduit lintensit du courant et dclenche lalarme. Les dtecteurs de fume ionisation sont plus sensibles que les dtecteurs photolectriques, dont le dclenchement se produit lorsque la fume est suffisamment paisse pour obscurcir le faisceau lumineux.

Le rayonnement ionisant sert aussi lirradiation des aliments. Il peut dtruire les insectes et les parasites des crales, des haricots secs, des fruits et des lgumes dshydrats ainsi que des viandes et des fruits de mer. Il sert rduire le nombre de micro-organismes prsents dans les aliments, permettant ainsi de diminuer le nombre de cas de maladies dorigine alimentaire. Lirradiation des aliments peut aussi servir accrotre la dure de conservation des aliments en inhibant la germination des rcoltes comme les pommes de terre et les oignons et en retardant le mrissement des fruits et des

lgumes frais. Les sources dirradiation peuvent tre des isotopes du cobalt ( Co2760 ) ou du csium ( Cs55

137 ) ou des acclrateurs particules qui soumettent les aliments des quantits dtermines de rayons bta ou de rayons X.

Comme le rayonnement ionisant peut dtruire les micro-organismes, on lutilise aussi pour striliser lquipement mdical. On a alors recours des isotopes du cobalt ou du csium ou des acclrateurs particules.

Bloc B

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LA PHYSIQUE MDICALE

ANNEXE 9 : Les effets du rayonnement Renseignements pour llve

Le rayonnement peut endommager les cellules des organismes biologiques, et ce, de diffrentes manires. Lionisation des atomes et des molcules produit des ions (aussi appels radicaux). Ces ions, hautement ractifs, participent des ractions chimiques qui interfrent avec le fonctionnement normal des cellules. De plus, lexpulsion des lectrons hors de la molcule peut entraner la rupture de cette dernire. La structure de la molcule peut en tre altre au point de ne plus pouvoir fonctionner normalement o de se mettre fonctionner de manire nuisible. Dans le cas des protines, la perte dune molcule na rien de grave sil existe dautres molcules identiques dans la cellule et si cette dernire peut en produire de nouvelles. Cependant, des doses considrables de rayonnement peuvent endommager un nombre de molcules un point tel que la cellule ne peut en reproduire de nouvelles assez rapidement et quelle en meurt. Le rayonnement ionisant peut aussi endommager lADN de la cellule. LADN fournit le code permettant la production de protines et dautres matriaux de la cellule. Sil est endommag, la production de ces matriaux est compromise, et la cellule peut en mourir. Dans la plupart des cas, la mort dune simple cellule noccasionne habituellement pas de problme, car lorganisme peut la remplacer en en produisant une nouvelle. (Il existe des exceptions, comme les neurones, qui ne peuvent tre remplacs, de sorte que leur perte constitue un problme grave.) Mais lorsque de nombreuses cellules meurent, lorganisme nest pas toujours en mesure de ragir adquatement. Il arrive aussi quune cellule ne meure pas mais quelle devienne anormale. Elle peut alors se diviser et produire dautres cellules anormales au dtriment de lorganisme. La croissance rapide de cellules anormales est lorigine du cancer. Le radon est une source de rayonnement qui soulve des inquitudes particulires. Luranium, prsent en trs petite quantit dans presque tous les sols, passe par une srie de dsintgrations donnant lieu la formation disotopes dont le radon 222. Le radon est un gaz rare et donc chimiquement inerte. Ce gaz se dgage du sol pour entrer dans latmosphre, o il peut alors tre inhal. Une fois inhal, le radon peut se dsintgrer (il sagit dun metteur alpha) et soumettre les poumons un rayonnement alpha. De plus, les drivs radioactifs de cette dsintgration sont aussi radioactifs, et non inertes, et peuvent interagir avec le revtement alvolaire des poumons, o ils se fixent. On classe souvent les dommages causs aux organismes biologiques par le rayonnement selon la nature des cellules touches. Ainsi on parle de dommages somatiques ou gntiques . Les dommages somatiques touchent toute partie de lorganisme autre que les organes reproducteurs. Ils affectent lorganisme en question et peuvent causer le cancer. doses leves, le rayonnement peut provoquer la maladie des rayons caractrise par la nause, les vomissements, la diarrhe, la fatigue et la perte des poils et des cheveux. Elle peut mme provoquer la mort. Sa gravit est proportionnelle la dose de rayonnement reue. Les dommages gntiques sont les dommages causs aux cellules reproductives et ils affectent les descendants des personnes atteintes. Les dommages lADN et aux gnes des cellules reproductives entranent des mutations nuisibles dans la majorit des cas. Ces mutations sont transmissibles aux gnrations suivantes.

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ANNEXE 9 : Les effets du rayonnement Renseignements pour llve (suite)

De la lumire visible aux rayons ultraviolets : effets des rayonnements ionisant et non ionisant La longueur donde de la lumire visible varie entre 400 nm environ pour la lumire violette et 700 nm pour la lumire rouge. La lumire blanche est parfois suffisamment puissante pour provoquer des ractions chimiques. Elle peut rompre des liens chimiques fragiles, de sorte que certaines substances comme laspirine et le vin sont conservs dans des rcipients opaques. Les films photographiques sensibles la lumire sont bien connus. Les prmaturs sont parfois atteints de jaunisse en raison dun excs de bilirubine dans le sang. Il sagit dune affection traite avec succs par lexposition la lumire car la lumire bleue est suffisamment nergtique pour dissocier les molcules de bilirubine. Le processus de la photosynthse requiert la lumire. La photosynthse limine chaque anne 200 000 millions de tonnes de carbone de latmosphre et produit de nombreuses molcules organiques complexes. La gamme de longueurs donde des rayons ultraviolets varie approximativement entre 400 nm et 12,5 nm. Ces rayons provoquent certaines ractions dermatologiques comme le bronzage en activant la synthse de la vitamine D. une longueur donde denviron 300 nm et moins, ces rayons peuvent provoquer des coups de soleil ainsi que le bronzage. Il est intressant de souligner qu cette longueur donde, les rayons ultraviolets sont suffisamment nergtiques pour rompre les liens carbone-carbone. La plupart de ces rayons sont filtrs par latmosphre, surtout en haute altitude et lorsque les rayons solaires sont un angle aigu par rapport la terre, soit en hiver ou en dbut et en fin de journe. La couche dozone (molcules O3) contribue labsorption dune partie des rayons ultraviolets. Les rayons ultraviolets dune longueur donde infrieure 300 nm peuvent endommager ou dtruire les acides nucliques et les protines, qui tous deux absorbent fortement ce type de rayon. Lexposition prolonge aux rayons ultraviolets peut, avec le temps, entraner lapparition de rides, de taches sniles, de kratose snile (taches cutanes sombres et prcancreuses) et, en dernier lieu, du cancer. Le rayonnement ultraviolet peut aussi inhiber le systme immunitaire, ce qui explique peut-tre pourquoi certaines conditions causes par des virus, par exemple les feux sauvages et la varicelle, saggravent en cas dexposition au soleil. Certains matriaux refltent les rayons ultraviolets autant que la lumire visible, de sorte quune exposition prolonge la rflexion de la neige ou dun plan deau peut tre plus dangereuse quil ny parat. Il en va de mme pour le fait de stendre la plage par temps couvert car la vapeur deau laisse passer une bonne partie des rayons ultraviolets. En revanche, les vitres ordinaires des fentres peuvent stopper ces rayons. Les rayons ultraviolets dune longueur donde infrieure 290 nm ont suffisamment dnergie pour ioniser un atome ou rompre un lien chimique. Ces types de rayons ultraviolets sont germicides et peuvent donc tuer les micro-organismes.

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ANNEXE 10 : Autovaluation de lapprentissage par groupe dexperts Coche aux bons endroits.

facilement

assez bien

avec

difficult

au s

ein

de

mo

n g

rou

pe

d'e

xper

ts

J'ai bien compris le rle que j'avais jouer au sein de mon groupe d'experts.

J'ai entrepris une prparation personnelle (lecture, etc.) avant la discussion en groupe d'experts.

J'ai t attentif ce que disaient les autres experts et je nai pas interrompu inutilement les membres de mon groupe.

J'ai encourag la participation des autres experts par mon attitude positive et respectueuse.

J'ai moi-mme contribu positivement la discussion, par l'entremise de nouvelles ides, de suggestions, de clarifications, etc.

J'ai bien saisi et pris en notes les renseignements cls de la discussion en vue de les partager avec ma famille.

au s

ein

de

ma

fam

ille

J'ai bien compris le rle que j'avais jouer au sein de ma famille.

J'ai cout attentivement les rapports faits au sein de ma famille et j'ai demand des clarifications au besoin.

J'ai pris en note les renseignements cls issus des rapports faits au sein de ma famille.

J'ai rapport fidlement et efficacement les renseignements cls recueillis au sein de mon groupe d'experts.

en p

ln

ire

J'ai cout attentivement aux renseignements cls ressortis par l'enseignante ou l'enseignant aprs le partage en famille.

J'ai pos des questions de clarification lorsque je n'ai pas bien saisi certains renseignements cruciaux.

De faon gnrale, je pense que la technique des groupes d'experts : a) m'a aid bien apprendre les concepts cls. ____ b) ne m'a pas aid bien apprendre les concepts cls. ____ Explique ta rponse :

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ANNEXE 11 : Application du rayonnement aux techniques dimagerie diagnostique

et de traitement Renseignements pour lenseignant

Les ultrasons (gamme de frquence variant entre 1 mgahertz et 10 mgahertz) sont utiliss en mdecine tant pour le diagnostic que pour le traitement. La technique utilise en diagnostic est la suivante. Un transducteur met une brve pulsation ultrasonique. Un transducteur est un dispositif effectuant la conversion dune impulsion lectrique en vibration mcanique qui produit une onde sonore. Limpulsion, partiellement rflchie par diffrentes surfaces du corps, se propage travers lorganisme. Le transducteur sert aussi dtecter limpulsion rflchie et transforme les impulsions sonores en pulsations lectriques. Ces pulsations sont ensuite reproduites sur lcran dun tube cathodique comme un terminal cran ou un cran TV. Prenons titre dexemple une pulsation sonore se propageant travers labdomen dun patient. Diffrentes surfaces de lorganisme refltent partiellement la pulsation. Le temps coul entre lmission de la pulsation et la rception de sa rflexion (cho) est proportionnel la profondeur de la surface rflchissante. La force de la pulsation rflchie dpend essentiellement de la diffrence de densit entre les tissus situs de part et dautre de la surface. Aux points de rencontre des tissus avec les os ou les poumons, limpulsion sonore est presque entirement rflchie de sorte que les ultrasons ne peuvent servir sonder lorganisme au-del de telles surfaces. En ce qui concerne lutilisation des ultrasons aux fins de diagnostic, on a recours la technique chographique. On fait pntrer une pulsation sonore haute frquence dans lorganisme pour en dtecter la rflexion par les zones limites ou interfaces entre les organes et autres structures ou lsions de lorganisme. Cette technique permet de dceler les tumeurs et autres excroissances ou poches de liquide anormales. Elle permet aussi dexaminer le fonctionnement des valvules cardiaques, le dveloppement du ftus et ltat de diffrents organes du corps comme le cerveau, le cur, le foie et les reins. Si les ultrasons ne peuvent remplacer les rayons , ils nen demeurent pas moins trs utiles pour certains types de diagnostic. En effet, les rayons X ne permettent pas de dtecter certains types de tissus ou de liquides qui toutefois refltent les ultrasons aux zones dinterface avec dautres tissus. La technique permet aussi de produire des images ultrasonores en temps rel semblables celles dun film sur une partie interne du corps. De plus, les tudes ne font tat daucun effet indsirable li lutilisation des ultrasons de faibles niveaux dintensit de sorte que lon considre les ultrasons comme une mthode dexamen non invasive. Une autre utilisation des ultrasons en diagnostic mdical a trait leffet Doppler, cest--dire au changement de frquence observ dune onde mise par une source donne en raison du mouvement relatif de lobservateur et de la source. On peut par exemple utiliser les ondes ultrasoniques refltes par les globules rouges pour dterminer la vlocit du dbit sanguin. Le dtecteur de dbit Doppler peut servir localiser des rgions o les vaisseaux sanguins se sont rtrcis. Leffet Doppler sert aussi dterminer le mouvement de la poitrine chez un jeune ftus et mesurer son rythme cardiaque.

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ANNEXE 11 : Application du rayonnement aux techniques dimagerie

diagnostique et de traitement (suite)

Endoscopie et chirurgie arthroscopique Lendoscope est un appareil utilis pour explorer lintrieur des cavits naturelles du corps, et lendoscopie est la technique qui repose sur lutilisation de cet appareil. Pour comprendre le fonctionnement de lendoscope, rappelons brivement ce quest la rflexion totale interne. Lorsque la lumire passe dun milieu un autre dont lindice de rfraction est moindre (de leau lair par exemple), la lumire est rfracte suivant un angle diffrent de la normale. Langle de rfraction, , est suprieur langle dincidence, . mesure quaugmente langle dincidence, langle de rfraction saccrot lui aussi. Lorsque langle dincidence atteint une certaine valeur appele angle critique, , langle de rfraction est de 90o. Langle de rfraction suit alors la surface. Lorsque langle dincidence excde langle critique, il ny plus de lumire rfracte. Toute la lumire incidente est reflte vers sa source, phnomne que lon appelle rflexion totale interne.

Le phnomne de la rflexion totale interne trouve une application importante dans lutilisation de la fibre optique, o des fils de verre ou de plastique de lpaisseur dun cheveu appels fibres optiques servent faire passer la lumire dun endroit un autre. Une fibre optique est constitue dun cur optique cylindrique qui transporte la lumire et dune gaine concentrique. Le cur est fait de verre ou de plastique transparent possdant un indice de rfraction relativement lev. La gaine est aussi faite de verre, mais dun type de verre possdant un indice de rfraction relativement faible. La lumire pntre par une extrmit du cur, est rflchie par linterface entre le cur et la gaine selon un angle dincidence suprieur langle critique et est par consquent reflte vers le cur. La lumire peut ainsi traverser la fibre optique selon une trajectoire en zigzag.

Rsum des techniques dimagerie Les ultrasons sont des ondes sonores haute frquence produites par un transducteur qui transforme une impulsion lectrique en vibration mcanique pour ensuite dtecter la mme onde rflchie par les interfaces entre les organes et autres structures du corps. La technique chographique permet plusieurs formes de diagnostic dont la dtection de tumeurs, dexcroissance anormales et de poches de liquide. Elle permet dexaminer le fonctionnement des valvules cardiaques, de suivre le dveloppement du ftus et dexaminer ltat de diffrents organes du corps. Les ultrasons permettent de dtecter certains types de tissus et de liquides non dtectables par rayons X. Ils constituent une forme non invasive dexamen qui ne comporte aucun effet indsirable. Leffet Doppler permet de localiser des rgions o les vaisseaux sanguins se sont rtrcis et de suivre le dveloppement du ftus. Les ultrasons haute intensit servent dtruire les tumeurs et les calculs rnaux.

Lendoscopie est la technique qui repose sur lutilisation de lendoscope, un appareil servant examiner les cavits naturelles du corps. Lendoscope est constitu de fils trs minces de verre ou de plastique appels fibres optiques. Ces fibres permettent de faire passer la lumire dun endroit un autre grce au phnomne de rflexion totale interne, cest--dire de la rflexion totale de la lumire incidente vers sa source lorsque langle dincidence est suprieur langle critique. Les endoscopes comme le bronchoscope ou colonoscope sont insrs dans les cavits naturelles du corps pour procder un diagnostic. On utilise aussi les fibres optiques en chirurgie arthroscopique, o lon ne pratique quune trs petite incision ne causant que des dommages minimes aux tissus environnants.

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ANNEXE 11 : Application du rayonnement aux techniques dimagerie

diagnostique et de traitement (suite)

La lumire laser est le produit de lexcitation datomes qui mettent des photons qui, leur tour, excitent dautres atomes. Pour chaque photon absorb par un atome, deux autres photons sont mis. Les photons mis se dplacent dans la mme direction que le photon incident. Les ondes lumineuses ainsi produites sont en phase les unes avec les autres, et leur faisceau est monochromatique. On utilise notamment la lumire laser dans le cadre dune intervention chirurgicale appele photokratectomie rfractive (PKR) au cours de laquelle on prlve des tissus de la corne pour corriger la myopie ou lhypermtropie. On utilise un laser colorant puls pour le traitement des malformations capillaires congnitales. Dans la thrapie photodynamique, on utilise les lasers pour activer des mdicaments servant tuer les cellules cancreuses. Les rayons X sont une forme de rayonnement lectromagntique gnr par une grande diffrence de potentiel permettant lacclration dlectrons projets vers une cible mtallique avec laquelle ils entrent en collision. Lorsquun patient est expos ce type de rayons, les tissus les plus denses comme les os absorbent davantage de rayonnement et produisent une image plus claire sur le film photographique ou sur lcran fluorescent. La tomographie axiale transverse avec ordinateur, aussi appele tomodensitomtrie (TDM), utilise les rayons collimats, des dtecteurs et lanalyse informatique pour produire des images de structures et de lsions corporelles dune dfinition suprieure celle des rayons X. Elle permet de produire des coupes transversales bidimensionnelles ou des images tridimensionnelles. Limagerie par rsonance magntique (IRM) repose sur lutilisation dun champ magntique puissant servant aligner les noyaux datomes dhydrogne lintrieur de lorganisme. Des bobines de radiofrquence produisent des ondes radiolectriques qui excitent les noyaux dhydrogne. Lorsque les noyaux reviennent leur tat fondamental, les bobines dtectent leur nergie, et un ordinateur analyse les signaux pour produire des images remarquablement dtailles du corps humain pouvant servir ltablissement dun diagnostic mdical.

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ANNEXE 12 : Rfrences bibliographiques

Voici des lignes directrices en matire de prsentation des rfrences bibliographiques pour diverses sources d'information, soit des livres, des encyclopdies, des articles de revues ou de journaux, des brochures ou autres imprims, des vidocassettes, des documents lectroniques et des personnes-ressources. LIVRES OU ENCYCLOPDIES nom de l'auteur ou de l'auteure en majuscules, virgule, prnom en toutes lettres, point; un auteur : AUDET, Marie. deux auteurs : AUDET, Marie, et Jean BOUCHARD. trois auteurs : AUDET, Marie, Jean BOUCHARD et Claire CHAMPAGNE. trois auteurs et plus : AUDET, Marie, et autres. sans auteur : Grand dictionnaire encyclopdique Larousse. titre du livre en italique, virgule; lieu de publication, virgule; maison d'dition, virgule; date de publication, virgule; pages ou volumes consults, point; titre de la collection, entre parenthses, point.

ARTICLES DE REVUES OU DE JOURNAUX nom et prnom de l'auteur ou des auteurs (comme pour un livre), point; titre de l'article entre guillemets franais, virgule; nom de la revue ou du journal, en italique, virgule; mention du volume, du numro, de la date, du mois ou de la saison et de l'anne, virgule; mention de la premire et de la dernire pages de l'article, lies par un trait d'union, ou de la page

ou des pages cites, point.

COSTA DE BEAUREGARD, Diane, et Catherine DE SAIRIGN. L'eau de la source l'ocan, Paris, Gallimard

Jeunesse, 1995, p. 20-29. (Collection Les racines du savoir nature).

DION, Marie-Claude, et autres. Jeux de vlo, Sainte-Foy (Qubec), ditions MultiMondes, 1998, p. 91-93.

Grand dictionnaire encyclopdique Larousse. Paris, Librairie Larousse, vol. 8, 1985.

HAWKES, Nigel. La chaleur et l'nergie, Montral, ditions cole Active, 1997, p. 8-11. (Collection Flash Info).

AGNUS, Christophe, et Sylvie O'DY. La plante Ocan , L'Express, no 2403, 24 novembre 1997, p. 24-39.

Des lacs au got de sel . Le Journal des jeunes, vol. 12, no 2, 13 octobre au 9 novembre 2000, p. 3.

DUB, Catherine. Cancer, diabte, sida, Alzheimer : comment nous les vaincrons , Qubec Science, vol. 39

no 3, novembre 2000, p. 28-35.

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ANNEXE 12 : Rfrences bibliographiques (suite)

BROCHURES OU AUTRES ARTICLES IMPRIMS nom de l'auteur ou de l'organisme, point; titre de la brochure, virgule; lieu de publication, virgule; organisme ou maison d'dition, virgule; date de publication, virgule; nombre de pages, point; titre de la collection, entre parenthses, point.

DOCUMENTS LECTRONIQUES nom et prnom de l'auteur (comme pour un livre), point; titre de l'article entre guillemets franais, virgule; nom du document en italique, virgule; support (cdrom, site Web, vidocassette, etc.), virgule; lieu, virgule; organisme ou maison d'dition, virgule; date, point; pour les sites Web, entre crochets et sur une ligne part : adresse Web, virgule, date de consultation.

PERSONNES-RESSOURCES nom et prnom de la personne, point; titre ou fonction qu'occupe cette personne, virgule; mtier et formation, virgule; organisme ou socit o elle uvre, virgule; date de l'entrevue, point.

AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION. L'histoire de l'eau potable, Denver (Colorado), 1991, 15 p.

FDRATION CANADIENNE DE L'AGRICULTURE. L'agriculture au Canada, Ottawa, 1998, 36 p.

SERVICE DES EAUX, DU TRAITEMENT DES EAUX USES ET DES DCHETS SOLIDES. Winnipeg et l'eau :

L'eau, une ressource indispensable, Manitoba, Ville de Winnipeg, 13 p.

Isaac Newton , Encyclopdie des sciences Larousse, cdrom, Paris, Larousse, 1995.

LANDRY, Isabelle. Les plaques tectoniques , L'escale, site Web, Qubec, KaziBao Productions, 2000.

[http://www.lescale.net/plaques/, 8 novembre 2000]

La mtorologie , Mga Mto - partie 1, vidocassette, Ontario, TVOntario, 1999.

LAMOUREUX, Janelle. Animatrice et interprte, biologiste, Universit du Manitoba, Centre Fort Whyte, 3 dcembre 2001.

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LA PHYSIQUE MDICALE

ANNEXE 12 : Rfrences bibliographiques (suite)

REMARQUES GNRALES Les rfrences bibliographiques doivent tre classes par ordre alphabtique. La premire ligne de la rfrence est la marge de gauche, mais la ou les lignes suivantes sont

renfonces. Dans une bibliographie qui comprend plusieurs types de documents, les rfrences bibliographiques

peuvent tre classes par catgories, toutefois ce genre de regroupement n'est recommand que lorsque le nombre de sources consultes est considrable.

L'uniformit est le principe fondamental de toute bibliographie. Il faut s'assurer de noter tous les renseignements bibliographiques ds la premire consultation, car il

est trs difficile de retracer ces informations plus tard. Tous les renseignements bibliographiques numrs ci-dessus ne sont pas faciles reprer, parfois ils

sont mme absents. Se rappeler que le premier but d'une bibliographie est de permettre aux lecteurs et lectrices qui la parcourront de pouvoir trouver les ouvrages cits.

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ANNEXE 13 : Rflexion individuelle sur le travail de groupe

Rflchis au travail que toi et ton groupe avez fait ensemble et value-le. Aprs ta rflexion, discutes de tes rponses avec les membres de ton groupe. Lgende : 1 - peu satisfait(e)

3 - satisfait(e)

5 - trs satisfait(e)

Jai bien particip.

1 2 3 4 5

Le groupe sest bien concentr sur la tche.

1 2 3 4 5

Je me suis consciemment efforc(e) de collaborer.

1 2 3 4 5

Le groupe a bien collabor.

1 2 3 4 5

Jai cout les autres et jai bien accueilli leurs contributions.

1 2 3 4 5

Tout le monde a contribu.

1 2 3 4 5

La prochaine fois, je pourrais...

La prochaine fois, le groupe pourrait...

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Retour la page de prsentationPages liminairesTable des matires Introduction gnraleModule thmatique 1 : la mcanique Module thmatique 2 : les champs Module thmatique 3 : l'lectricit Module thmatique 4 : la physique mdicale Aperu du regroupement Conseils d'ordre gnralBlocs d'enseignement suggrsRessources ducatives pour l'enseignantRsultats d'apprentissage spcifiques thmatiquesBloc A - La radioactivitBloc B - Le rayonnement ionisant et non ionisantBloc C - Les techniques d'imagerie et de traitement mdicalListe des annexes

Documents

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