La circulation sanguine

Les deux leçons précédentes ont laissé un travail inachevé. Les nutriments sont entrés dans le sang au niveau de l'intestin grêle. Le dioxygène est entré dans le sang au niveau des alvéoles des poumons. Mais tes muscles sont dans tes jambes, et ton cerveau est dans ta tête : il faut encore leur apporter tout cela.

C'est le rôle du sang, et de la circulation sanguine.

Ce que le sang transporte. Le sang est un liquide qui circule sans arrêt dans tout le corps et qui sert de livreur. Il apporte aux organes les nutriments venus de l'intestin et le dioxygène venu des poumons. Il emporte en sens inverse les déchets produits par les organes, en particulier le dioxyde de carbone, qu'il conduit jusqu'aux poumons.

Ce qui le fait avancer. Le cœur est un muscle creux, situé dans la poitrine, qui se contracte environ soixante-dix fois par minute. À chaque contraction, il chasse du sang dans les vaisseaux : c'est une pompe. Sans lui, le sang resterait immobile.

Où le sang circule-t-il ? Dans des tuyaux appelés vaisseaux sanguins, dont il existe trois sortes. Leur nom dépend uniquement de leur sens par rapport au cœur, et c'est le point le plus important de la leçon.

Une artère est un vaisseau qui part du cœur.

Une veine est un vaisseau qui ramène le sang au cœur.

Un capillaire est un vaisseau minuscule, à paroi très fine, situé à l'intérieur des organes : c'est là que se font les échanges entre le sang et les organes.

Retiens bien ceci. Les mots « artère » et « veine » ne disent rien de ce que le sang contient. Ils disent seulement dans quel sens il va. Une artère peut très bien transporter un sang pauvre en dioxygène, et nous verrons dans un instant que c'est le cas de l'une d'entre elles.

Ce qui se passe dans un capillaire. Un capillaire est si fin et si fragile que les nutriments et le dioxygène peuvent le traverser pour entrer dans l'organe, tandis que le dioxyde de carbone fait le trajet inverse. C'est encore la même recette que dans les villosités de l'intestin et dans les alvéoles des poumons : une grande surface, une paroi très fine, et un contact direct avec ce qu'il faut échanger.

Dans l'organe, la rencontre. Là, enfin, les nutriments et le dioxygène sont utilisés ensemble pour libérer l'énergie dont l'organe a besoin — c'est la respiration cellulaire de la leçon précédente. Le dioxyde de carbone produit repart dans le sang. La boucle des trois leçons est bouclée.

Le sang ne fait pas un seul grand tour du corps : il en fait deux, et il repasse par le cœur entre les deux. C'est ce qu'on appelle la double circulation.

La circulation pulmonaire : cœur → poumons → cœur. Le cœur envoie vers les poumons un sang pauvre en dioxygène et chargé de dioxyde de carbone. Dans les alvéoles, l'échange a lieu. Le sang revient au cœur riche en dioxygène.

La circulation générale : cœur → organes → cœur. Le cœur envoie ce sang riche vers tous les organes du corps. Dans leurs capillaires, les organes prélèvent le dioxygène et les nutriments, et rejettent le dioxyde de carbone. Le sang revient au cœur pauvre en dioxygène.

Et cela recommence, sans arrêt, toute la vie.

L'exception qu'il faut connaître. Le vaisseau qui va du cœur aux poumons part du cœur : c'est donc une artère, l'artère pulmonaire. Or elle transporte un sang pauvre en dioxygène. À l'inverse, le vaisseau qui ramène le sang des poumons au cœur est une veine, la veine pulmonaire, et elle transporte un sang riche en dioxygène.

C'est exactement l'inverse de ce qu'on imagine, et c'est pourquoi la définition doit rester la bonne : artère = qui part du cœur, veine = qui revient au cœur. Rien d'autre.

Le sang n'est jamais bleu. Sur les schémas, on colore souvent en bleu le sang pauvre en dioxygène et en rouge le sang riche : c'est un code de lecture, pas une couleur réelle. Le sang pauvre en dioxygène est rouge sombre, presque brun ; le sang riche est rouge vif. Si tes veines paraissent bleues sous la peau, c'est un effet de la lumière qui traverse la peau, pas la couleur du sang qu'elles contiennent.

Deux grandeurs à ne pas confondre. La fréquence cardiaque est le nombre de battements du cœur par minute : c'est ce que l'on compte en prenant son pouls. La pression artérielle est la force avec laquelle le sang pousse sur la paroi des artères : c'est ce que mesure le brassard du médecin. Ce sont deux choses différentes, et seule la première est au programme de cette année.

Ce qui change pendant un effort. Comme pour la respiration, le corps s'adapte de deux façons en même temps :

1. la fréquence cardiaque augmente — le cœur bat plus souvent ;
2. le volume d'éjection augmente — le cœur chasse plus de sang à chaque battement.

Le volume d'éjection est le volume de sang que le cœur envoie dans les vaisseaux à chaque battement.

Quelques valeurs pour t'orienter :

Calculer le volume de sang éjecté. Le calcul suit exactement le même schéma que celui de la ventilation, et la relation te sera là aussi donnée dans l'énoncé :

Attention à une conversion : le volume d'éjection est donné en millilitres, et la réponse est demandée en litres. Il faut donc convertir avant de multiplier, en se rappelant que $1000 \text{ mL} = 1 \text{ L}$.

Au repos, avec 70 mL et 70 battements par minute : $0{,}070 \times 70 = 4{,}9$ L par minute.

Un chiffre qui vaut la peine d'être calculé. Une journée compte $24 \times 60 = 1440$ minutes. En une journée, ce cœur au repos éjecte donc environ $4{,}9 \times 1440 \approx 7000$ L de sang, soit de quoi remplir une petite piscine. Et pourtant, un adulte ne contient qu'environ cinq litres de sang : c'est le même sang qui repasse, encore et encore.

Pourquoi le cœur s'accélère-t-il à l'effort ? Parce que les muscles consomment plus de dioxygène et plus de nutriments, et produisent plus de dioxyde de carbone. Ventiler davantage, comme on l'a vu dans la leçon précédente, ne suffirait à rien si le sang n'allait pas chercher ce dioxygène plus vite et ne le distribuait pas plus vite. Les deux adaptations vont ensemble : c'est pourquoi le cœur et la respiration s'accélèrent en même temps quand tu cours.

On mesure le cœur d'un même sportif dans deux situations.

On donne la relation : le volume de sang éjecté par le cœur pendant une durée vaut volume d'éjection × fréquence cardiaque × durée.

1. Quel volume de sang son cœur éjecte-t-il en 1 minute, au repos ? (réponse en litres)

D'abord la conversion, sur une ligne à part :

Puis la relation, avec une durée de 1 min :

Contrôle. Environ cinq litres de sang par minute au repos, c'est justement le volume total de sang d'un adulte : tout le sang du corps fait donc à peu près un tour complet chaque minute. Ce repère est vrai, et il est très commode.

2. Quel volume éjecte-t-il en 10 minutes de repos ?

Ce que cela ne veut pas dire. Le cœur n'a pas fabriqué 49 litres de sang. C'est le même sang, environ cinq litres, qui est repassé une dizaine de fois.

3. Et pendant l'effort, en 1 minute ?

Conversion d'abord :

Puis :

4. Par combien le volume de sang éjecté chaque minute a-t-il été multiplié ?

On divise, comme pour la ventilation :

Le débit du cœur a été multiplié par 3,6 environ. C'est un nombre de fois : il n'a pas d'unité.

L'erreur classique. Soustraire donnerait $17{,}6 - 4{,}9 = 12{,}7$ L, c'est-à-dire « combien de litres de plus ». Ce n'est pas la question posée.

5. D'où vient cette augmentation ?

Le volume d'éjection est passé de 70 à 110 mL, soit environ 1,6 fois plus. La fréquence est passée de 70 à 160, soit environ 2,3 fois plus. Et $1{,}6 \times 2{,}3 \approx 3{,}6$ : les deux adaptations se multiplient, exactement comme pour la respiration.

6. Quel volume ce cœur éjecte-t-il en une journée de repos ?

Une journée compte $24 \times 60 = 1440$ minutes :

Sept mille litres par jour, avec environ cinq litres de sang : le résultat n'a rien d'absurde, il dit simplement que ce sang circule sans arrêt.

7. Le sang qui part du cœur vers les poumons est-il riche ou pauvre en dioxygène ?

Pauvre. Il revient des organes, qui viennent de prélever le dioxygène. Il part vers les poumons précisément pour s'y recharger. Le vaisseau qui l'emporte part du cœur : c'est donc une artère, l'artère pulmonaire — une artère au sang pauvre en dioxygène.

Figure (fig.biology.double-circulation, SVG programmatique à produire) : un schéma en double boucle, un agrandissement de capillaire et un bandeau de comparaison, dans la teinte biologie de la charte.

• Panneau principal — la double boucle. Au centre, le cœur, dessiné comme un bloc séparé en deux moitiés par un trait vertical épais, avec la mention « une pompe, deux circuits ». En haut, un bloc « poumons » ; en bas, un bloc « organes ». Deux boucles fermées relient le cœur à chacun : la boucle du haut est la circulation pulmonaire, celle du bas la circulation générale. Chaque boucle porte des flèches indiquant le sens du sang, toujours dans le même sens de rotation.
• Codage du sang. Les trajets à sang riche en dioxygène sont tracés en trait plein, ceux à sang pauvre en dioxygène en trait tireté — jamais par la couleur seule. Une légende explicite le code, et porte la mention « le sang réel est rouge vif ou rouge sombre, jamais bleu ».
• Étiquettes des quatre vaisseaux principaux. Sur la boucle du haut : « artère pulmonaire — part du cœur, sang pauvre » posée sur un trait tireté, et « veine pulmonaire — revient au cœur, sang riche » posée sur un trait plein. Sur la boucle du bas : « artère — part du cœur, sang riche » sur un trait plein, et « veine — revient au cœur, sang pauvre » sur un trait tireté. Un encadré d'alerte entoure les deux étiquettes du haut, avec la mention « l'exception : ici l'artère porte le sang pauvre ».
• Agrandissement — un capillaire dans un organe. Un cercle relié au bloc « organes ». On y voit un vaisseau qui se divise en un réseau de tubes de plus en plus fins, traversant l'organe, puis se rassemblant à la sortie. Sur les tubes les plus fins, deux familles de flèches, de formes différentes : à pointe pleine, du sang vers l'organe, étiquetées « dioxygène, nutriments » ; à pointe évidée, de l'organe vers le sang, étiquetée « dioxyde de carbone ». Le trait du vaisseau est plein à l'entrée du réseau et devient tireté à la sortie, ce qui montre l'appauvrissement au passage.
• Bandeau du bas — les trois surfaces d'échange de la série. Trois vignettes de même taille, côte à côte : « villosité intestinale — nutriments vers le sang » (leçon 1), « alvéole pulmonaire — dioxygène vers le sang » (leçon 2), « capillaire — vers l'organe » (leçon 3). Chacune montre une paroi très fine entre deux compartiments et une flèche traversante. Mention commune : « grande surface, paroi fine, vaisseau au contact ».

Ce qu'il faut lire. Suis une seule goutte de sang du bout du doigt, sur les deux boucles : elle passe par le cœur deux fois avant de revenir à son point de départ. C'est cela, la double circulation. Regarde ensuite le codage plein/tireté sur la boucle du haut : le trait tireté part du cœur, ce qui contredit l'idée que toute artère porte un sang riche. Le bandeau du bas montre enfin que les trois leçons décrivaient la même solution appliquée à trois problèmes différents.

La figure en détail : un schéma en double boucle. Au centre, le cœur, séparé en deux moitiés par un trait épais. En haut, les poumons ; en bas, les organes. Une boucle relie le cœur aux poumons, une autre le cœur aux organes, chacune fléchée dans un sens unique. Les trajets à sang riche en dioxygène sont tracés en trait plein, ceux à sang pauvre en trait tireté, avec une légende précisant que le sang réel est rouge vif ou rouge sombre et jamais bleu. Sur la boucle du haut, un encadré d'alerte souligne que l'artère pulmonaire part du cœur en portant un sang pauvre en dioxygène, tandis que la veine pulmonaire y revient avec un sang riche. Un agrandissement montre un capillaire dans un organe : le vaisseau se divise en tubes très fins, des flèches à pointe pleine font passer le dioxygène et les nutriments vers l'organe, des flèches à pointe évidée ramènent le dioxyde de carbone, et le trait du vaisseau passe de plein à tireté entre l'entrée et la sortie. En bas, trois vignettes comparent la villosité intestinale, l'alvéole pulmonaire et le capillaire : trois surfaces d'échange à paroi fine, grande surface et vaisseau au contact.

La relation est donnée, jamais à retenir. Comme celle de la ventilation, elle n'est pas exigible au cycle 4 : l'énoncé te l'écrira toujours. Ce qui est évalué est ta capacité à convertir, à calculer et à juger le résultat.

La conversion qui décide de tout. Le volume d'éjection est donné en millilitres, la réponse est demandée en litres. On convertit avant de multiplier, sur une ligne à part : 70 mL font 0,070 L. Oublier cette étape multiplie le résultat par mille, et l'on obtient des milliers de litres par minute — une valeur impossible.

Une fréquence n'a pas d'unité au sens strict. On écrit « 70 battements par minute ». Un facteur d'augmentation n'en a pas non plus : c'est un nombre de fois.

Ordres de grandeur à savoir juger. Un cœur adulte éjecte de l'ordre de 5 L de sang par minute au repos, et jusqu'à 25 L par minute lors d'un effort intense. Un corps adulte contient environ 5 L de sang. Un résultat de 200 L par minute est donc impossible, quel que soit le calcul qui y mène.

Ce qui relève d'une autre grandeur. La pression artérielle ne se calcule pas avec cette relation : c'est une force exercée sur la paroi des artères, mesurée par un brassard, et elle n'est pas au programme de l'année. Ne jamais donner un résultat de débit en réponse à une question de pression.

Ce qui n'est pas au programme en 5e. Le détail des quatre cavités du cœur et de ses valves, l'électrocardiogramme, la commande nerveuse du rythme cardiaque et le rôle de l'hémoglobine dans le transport du dioxygène appartiennent aux classes supérieures. On sait ici que le sang transporte le dioxygène, sans dire encore comment.

1. Croire que toutes les artères transportent un sang riche en dioxygène. L'artère pulmonaire transporte un sang pauvre en dioxygène, du cœur vers les poumons. Le mot « artère » ne dit qu'une chose : le vaisseau part du cœur.
2. Croire que toutes les veines transportent un sang pauvre en dioxygène. La veine pulmonaire transporte un sang riche, des poumons vers le cœur. Le mot « veine » ne dit qu'une chose : le vaisseau revient au cœur.
3. Penser que le sang est bleu dans les veines. Il ne l'est jamais. Le sang pauvre en dioxygène est rouge sombre, le sang riche est rouge vif. Le bleu des schémas est un code de lecture, et le bleu des veines sous la peau est un effet de la lumière.
4. Confondre fréquence cardiaque et pression artérielle. La première se compte en battements par minute et se prend au poignet. La seconde est une force sur la paroi des artères et se mesure au brassard. Deux grandeurs, deux appareils, deux unités.
5. Oublier de convertir les millilitres en litres. Un volume d'éjection de 70 mL vaut 0,070 L. Multiplier 70 par la fréquence sans convertir donne un résultat mille fois trop grand, et l'ordre de grandeur suffit à le détecter.
6. Croire que le cœur fabrique du sang. Il ne fait que le pousser. Les 7000 litres éjectés en une journée sont les mêmes cinq litres qui repassent des milliers de fois.
7. Répondre à « multiplié par combien » par une soustraction. Le facteur se calcule par une division. La soustraction donne une différence, en litres, ce qui répond à une autre question.
8. Croire que la circulation est une seule grande boucle. Le sang repasse par le cœur deux fois par tour complet : une fois avant d'aller aux poumons, une fois avant d'aller aux organes. C'est ce que veut dire « double circulation ».

Exercice type. L'exercice propose quatre variantes : calculer le volume de sang éjecté pendant une durée donnée, retrouver la fréquence cardiaque à partir du volume total, estimer le volume éjecté en une journée, ou comparer le repos et l'effort par un facteur d'augmentation. La relation est écrite dans chaque énoncé, et le volume d'éjection y est toujours donné en millilitres alors que la réponse est demandée en litres : la conversion fait partie de l'exercice.

Énoncé. Un adulte a le cœur qui bat au repos. À chaque battement, son cœur éjecte un volume d'éjection de 70 mL de sang, et il bat 70 fois par minute. Donnée : le volume de sang éjecté par le cœur pendant une durée vaut volume d'éjection × fréquence cardiaque × durée. Quel volume de sang son cœur éjecte-t-il en 10 min ? (réponse en litres)

Correction complète.

Étape 1 — repérer le piège d'unités. Le volume d'éjection est en millilitres, la réponse est demandée en litres. C'est la première chose à traiter, avant tout calcul.

Étape 2 — convertir, sur une ligne à part.

Étape 3 — calculer le volume éjecté en une minute.

Étape 4 — multiplier par la durée.

La réponse est 49 L.

Étape 5 — contrôler l'ordre de grandeur. Un cœur adulte au repos éjecte environ 5 L de sang par minute : les 4,9 L de l'étape 3 sont donc exactement dans la bonne plage. Si l'on avait oublié la conversion, on aurait trouvé $70 \times 70 = 4900$ L par minute, soit près de mille fois le volume de sang du corps entier — absurde, et détectable sans rien connaître d'autre.

Étape 6 — interpréter la réponse. Le corps ne contient qu'environ cinq litres de sang. Les 49 litres éjectés en dix minutes sont donc le même sang, revenu au cœur une dizaine de fois. Un volume éjecté n'est pas un volume fabriqué.

Étape 7 — se souvenir de la place de cet exercice. Ce sang emporte les nutriments venus de l'intestin grêle et le dioxygène venu des alvéoles, et il rapporte le dioxyde de carbone produit par les organes. Le calcul mesure la vitesse à laquelle les trois leçons de cette série se referment l'une sur l'autre.

Auto-contrôle en trois questions. Ai-je converti les millilitres en litres avant de multiplier ? Le débit par minute est-il crédible pour un être humain ? Ma réponse porte-t-elle bien l'unité demandée ?