Le fonctionnement du défibrillateur

GRAND ORAL PHYSIQUE                                                                               OMAYMA

Il est 18h42. Une jeune femme s’effondre sur le quai de la ligne 13. Arrêt cardiaque. En 3 minutes, les pompiers arrivent, sortent un petit boîtier jaune . Posent deux électrodes. Un choc. Le cœur repart. J’avais 15 ans. Et je me suis demandé : comment un appareil peut-il ‘redémarrer’ la machine la plus complexe au monde ? C’est ce jour-là que j’ai décidé de comprendre le défibrillateur."

Chaque année, en France, entre 40 000 et 50 000 personnes meurent d’un arrêt cardiaque. Et chaque minute sans intervention diminue les chances de survie de 10 %. Face à cela, trois gestes peuvent sauver une vie : masser, alerter, défibriller. Pratiqués rapidement et correctement, ils permettent de faire grimper le taux de survie jusqu’à 35 %.
Mais comment un défibrillateur peut-il, en quelques secondes, relancer un cœur arrêté ?
 En assistant un jour à une démonstration de premiers secours, j’ai découvert que tout repose sur un composant essentiel : le condensateur. C’est lui qui stocke une importante quantité d’énergie, puis la libère d’un seul coup pour déclencher la décharge salvatrice.

Cette question m’a non seulement permis de relier mes cours de physique-chimie à un enjeu médical crucial, mais elle a aussi renforcé ma vocation : comprendre le corps humain pour mieux le soigner.

Ainsi, comment le condensateur permet-il au défibrillateur de délivrer une décharge électrique capable de relancer l’activité cardiaque ?
 Pour y répondre, je vous présenterai :

1. Le fonctionnement d’un défibrillateur cardiaque,
   
2. Le rôle précis du condensateur dans ce processus,
   
3. Et les avantages de ce composant dans un cadre médical.

I. Le fonctionnement d’un défibrillateur cardiaque

1.1 Le principe médical et physiologique

Lorsqu’on parle d’arrêt cardiaque, on imagine souvent que le cœur s’arrête net. En réalité, dans de nombreux cas, le cœur ne s’arrête pas complètement mais se met à battre de façon anarchique : c’est ce qu’on appelle la fibrillation ventriculaire. Au lieu de se contracter efficacement pour propulser le sang dans le corps, le cœur se contracte de manière désorganisée, empêchant ainsi la circulation sanguine. Cela entraîne une absence d’oxygénation des organes vitaux, en particulier du cerveau. Sans intervention rapide, cette situation mène à une perte de conscience, un arrêt respiratoire, puis au décès du patient.

C’est là que le défibrillateur entre en jeu. Il s’agit d’un dispositif médical conçu pour réinitialiser l’activité électrique du cœur. Il envoie un choc électrique contrôlé, suffisamment puissant pour interrompre la fibrillation et permettre au cœur de repartir sur un rythme normal. On pourrait comparer cette action à un redémarrage d’ordinateur : en "remettant à zéro" l’activité anarchique, on donne une chance au système de repartir normalement.

1.2 Le principe physique : un choc électrique intense et bref

Sur le plan physique, le défibrillateur fonctionne grâce à l’envoi d’un courant électrique intense et très bref dans la poitrine du patient, via deux électrodes placées sur la peau. Ce courant traverse le muscle cardiaque et interrompt le chaos électrique.

Mais pour produire un tel choc, il ne suffit pas d’avoir une simple pile ou batterie. En effet, bien que la batterie du défibrillateur contient beaucoup d’énergie, elle ne peut pas libérer cette énergie assez vite pour créer le choc nécessaire. C’est pourquoi on utilise un composant électronique essentiel : le condensateur.

II. Le rôle du condensateur dans le défibrillateur modélisé par un circuit RC

[pic 1](5T pas interresant dapres prof)Pour montrer son efficacité et rapidité on calcule donc le temps de décharge

complet T, en utilisant la formule 5T on sait que la formule R*C=5T où r est la

résistance thoracique qui est en moyenne à 75 ohms dans le circuit et C la capacité du

condensateur de 170 microfarads

en calculant avec la plus petite résistance de 50 ohms

T= 5* R*C

=5*170*10^-6*50

=0,00425 sec

=42,5 millisecondes

et pour la plus grande résistance thoracique de 100 ohms

T=5*R*C

=0,085 sec

=85 millisecondes

Ce qui montre que le temps de décharge est significativement petit donc rend

le défibrillateur efficace

Cependant le comportement de charge et décharge peut être modélisé par

des équations différentielles de solution uc=E(1-e^^t/T) pour la décharge (Si vous le

souhaitez je peut approfondir l’explication de cette équation en amont)

Quand on appuie sur “charger”, K1 se ferme, la batterie envoie du courant au condensateur.

Celui-ci se remplit d’énergie : c’est la phase de charge, modélisée par l’équation :

u_C(t) = E(1 - e^(-t/RC))

Puis, K1 s’ouvre, K2 se ferme. Le condensateur se vide très vite à travers le thorax du patient :

u_C(t) = E * e^(-t/RC)
 C’est la décharge : le choc.

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