ENERGIE MéTABOLIQUE

-énergie métabolique (êtres vivants)

L'énergie métabolique concerne les échanges énergétiques variés applicables aux êtres vivants--réactions chimiques, conduction, changements d'états....--

ECHANGES CALORIFIQUES par CONDUCTION

Les êtres vivants (surtout les animaux) échangent de la chaleur par conduction

E= (l*.S.ΔT) / v

où Eq(J)= chaleur échangée avec le milieu

l*(W/m-K)= résistance linéique thermique du milieu

S(m²)= surface d’échange entre animal (par sa peau) et le milieu

ΔT(K)= différence de température entre celle de l’animal et celle du milieu

v(m/s)= vitesse de déplacement par rapport au milieu

L’échange d'énergie étant proportionnel à l*, l'Homme a 23 fois plus de sensibilité au contact de l’eau (pour laquelle l* = 0,6) qu‘au contact de l’air (ayant un l* de 0,026)

On a aussi : E= T.t.S.η

avec Eq(J)= énergie calorifique échangée entre un corps vivant et le milieu où il évolue

t(s)= temps de l’échange

T(K)= température de discontinuité sur l’interface

S(m²)= surface d’échange

η(W/m²-K)= coefficient de transfert thermique du milieu

Cette équation est la loi de Newton (explicitée par ailleurs au chapitre résistance thermique)

 

ECHANGES THERMIQUES par RESPIRATION(LOI de KLEIBER)

Toute famille d’êtres vivants a --au repos-- une énergie de métabolisme respiratoire

Ev(J) qui est proportionnelle à (sa masse linéique en kg/m)3/4

L’exposant 3/4 est dû à la géométrie fractale des réseaux de circulation (sang ou sève)

 

BILAN des ECHANGES ÉNERGÉTIQUESpour ANIMAUX (et HOMMES)

E= E+ E+ E+ Ep    où E(J)= énergies --indice m = métabolique totale--indice c= échangée en conduction--indice v= vaporisée par respiration & exsudation --indice s= stockée--indice p= perdue par évacuation

 

RÉACTION CHIMIQUE DANS le VIVANT

L'équation de Michaelis-Menten  régit la vitesse de réaction enzymatique dans un substrat organique (le substrat étant la substance où se déroule la réaction et où la protéine-enzyme joue un rôle catalytique)

v= (vimax.B') / (B'M.+ B')

où vi (mol/s)= vitesse de réaction en l'absence d'enzyme

vimax(mol/s)= vitesse de réaction maximale en présence d'enzyme 

ou W = g.m.l / cosθ  

B'(mol/m3)= concentration molaire volumique du substrat

B'M(mol/m3)= concentration molaire volumique spécifique de l'enzyme, dite "constante de Michaelis" et qui correspond à la vitesse d'une réaction de v i max / 2

 

ENERGIE METABOLIQUE pour l'HOMME  

L’énergie nécessaire au métabolisme humain est fournie essentiellement par les aliments et est exprimée usuellement en Calories (1 Cal = 4180 J) On estime qu'il faut environ 2400 Calories par 24 heures pour assurer un métabolisme confortable.(calories ingurgitées d'une part et dépensées par ailleurs) Ceci correspond à une puissance moyenne continue de 116 Watts (valeur atténuée à 95 W pour une femme)

 

-l'apport alimentaire, défini par la V.E (valeur énergétique)

Pour calculer l'énergie apportée au corps par un aliment, on mesure la quantité de chaleur (énergie calorifique) produite par la combustion de 100 grammes de cet aliment, et on en tire la valeur énergétique V.E. selon liste ci-après.La V.E. est exprimée en Cal/100 grammes, ce qui est inscrit d'ailleurs sur les empaquetages >>>

Alcool(700)--Beurre(500 à 700)--Bière(50)--Biscottes(350)--

Biscuits et Brioches(350 à 400)--Céréales(400)--

Charcuteries sauf jambon blanc(300 à 400)--Chips(500)--

Chocolat(300 à 500)--Cidre(40)--Coca(40 à 100)--Compote(70 à 100)-- Confiseries et Confitures(300 à 500)--Coquillages(70 à 100)--Crème(300)--

Foie gras(460)--Fromage blanc ou léger(150 à 200)--Fromages forts(300/400)-- Fruits frais(60)--Fruits secs (300 à 600)--Gâteau chocolat(160)--

Gibier(170 à 250)-- Glace(200)--Gratin de pâtes(160)-- Huile végétale(850)-- Jambon blanc(100)--Jus de fruit(50 à 100)--Légumes frais(20 à 50)--

Pâtes(80 à 150)--Plat viande cuisiné(160 à 340)--Poisson vapeur-four(100/ 200)- Surimi(110)--Viande blanche(100 à 200)--Viande rouge(200 à 300)--

Vin 12°(70)--Yaourt(50 à 80)--

Si on exprime les énergies ci-dessus en Joules par 100 grammes, multiplier par 4.180

Si on les veut en Joules par kilo, multiplier par 41.800

Par exemple, un kilo de viande apporte ~ 200 X 41.800 Joules donc permet de vivre  

(200 x 41.800 J.) / (116 Watts consommés en activité moyenne) = 72.000 secondes soit ~ 20 heures  

 

-la dépense énergétique du corps

L'énergie ingurgitée sous forme alimentaire est stockée, puis dépensée par notre corps et on la mesure avec une unité un peu floue, dite MET:

le met est défini comme l'énergie dépensée par un corps humain assis, au repos et par ailleurs, 1 met = 1 kilocalorie dépensée en 1 heure par une masse corporelle de 1 kilo

En fait 1 met équivaut à peu près à 80 Watts (cas du repos éveillé) //4 mets ou 320 Watts correspondent à la marche ou à un travail peu intense // 6 mets ou 480 W correspondent à un travail manuel fatigant // 10 mets ou 800 W correspondent à des travaux ou sports intenses

La répartition de nos dépenses énergétiques est de >> 70% dans des efforts physiques --20% dans les pertes dues aux radiations-rayonnements émis par notre corps--6% pour les pertes dues à l'évaporation et aux évacuatons (c'est de la convection)--3% pour les pertes dues aux contacts avec les corps touchés (c'est de la conduction extérieure)

Ceci montre que pour maintenir tout simplement le corps en état d'équilibre avec le milieu (en ne faisant rien d'autre) on dépense déjà 30% de nos calories ingérées.

Les besoins quotidiens du corps en calories sont les suivants :

-femmes >> activité faible (1600), activité modérée (1900), forte activité (2600), femme enceinte (15% de plus)

-hommes >> activité faible (2000), activité modérée (2400), forte activité (3300)

 

RENDEMENTS et INDICES

-le rendement d'un muscle est d'environ 0,30

-le VO2 (ouvolume d'oxygène)

est le volume maximum d'oxygène prélevé dans l'air ambiant par un organisme vivant qui peut ainsi favoriser une transformation énergétique

On le mesure en millilitre d'air par minute et par kilog. de masse corporelle

Pour un homme, les valeurs numériques vont de 50 à 100 ml/min/kg.

Il y a relation empirique entre le VO2 et la puissance produite qui en résulte :

1 VO2 permet de produire 5 Watts

 

-le VMA (ou vitesse maxi aérobie)

est la vitesse maximale qu'un coureur à pied peut maintenir -pendant une durée donnée- en consommant le maximorum de VO2

On a standardisé la durée à 6 minutes, donc:

1 VMA (en km/h) = distance parcourue (en km) x 10

Exemple: un individu parcourant 1,5 km en 6 minutes a une VMA de 15    

 

-l'indice de carbone (ou bilan carbone) est un terme surréaliste français, prétendant exprimer la quantité de CO² (qui n'est pourtant pas du carbone !) émise dans l'atmosphère lors de l'utilisation une certaine quantité d'un produit de consommation

"Utilisation" est le jargon signifiant qu'il faut prendre en compte dans ce bilan, les incidences cumulées dans toute la vie dudit prodit (émissions de CO² à l'occasion de son extraction, sa fabrication, sa production, son transport, ses manipulations, sa cuisson, etc) Cet indice est exprimé en grammes par 100 grammes (c'est donc un pourcentage)

 

-énergie de transformation pour produire un aliment

L’énergie nécessaire pour produire (fabriquer) une calorie de viande animale à partir de végétaux ingérés par ledit animal est d’environ 4 à 12 fois celle contenue - et donc exploitable- dans lesdits végétaux (Exemple : il faut 4 calories végétales pour produire 1 calorie de porc et 12 calories végétales pour produire 1 calorie de bœuf)

 

-énergie captée pour la photosynthèse

Les plantes captent environ.1018 Joules par jour (en effet la Terre reçoit environ 2.1017 W, sur lesquels il faut mettre les abattements suivants: 0,45 pour tenir compte des zones non ensoleillées, puis 0,40 pour les surfaces possiblement génératrices de photosynthése, puis 0,60 de pertes d'énergie restant hors photosynthése, puis 0,01 pour le rendement (faible) de la photosynthèse par elle-même.

Le rendement global après tous ces abattements n'est plus que de 1/1000 et il reste donc ~ 2.1014 Watts utilisés pour la photosynthèse pendant la périoded'ensoleillement utile (qui est au mieux de ~ 25.000 secondes) >> donc l'énergie journalière solaire dépensée pour la photosynthèse est de l'ordre de 1018J.

-A titre de comparaison, l'énergie annuelle consommée par l'activité humaine est

~ 9 giga(T.e.p./an) soit 1,1.1014 kwh/ansoit 3,8.1020J/an ce qui équivaut à ~ 1018 J par jour (c'est donc presque autant que l'énergie produite par la photosynthése)

Ces 9 gigaTep/an représentent l'énergie réellement consommée par l'Homme, mais, à cause des pertes diverses en amont de la conso, on atteint une réelle dépense d'énergies primaires (vraiment issues de la Terre ou du soleil) de 13 gigaTep

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