ENERGIE MéTABOLIQUE

-énergie métabolique (êtres vivants)

L'énergie métabolique concerne les êtres vivants, qui ont des échanges énergétiques variés, assimilables à des réactions chimiques

ECHANGES CALORIFIQUES des ETRES VIVANTS

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

E= (c*.S.ΔT) / v

où Eq(J)= chaleur échangée avec le milieu

c*(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 c*, l'Homme a 21 fois plus de sensibilité au contact de l’eau (pour laquelle c*= 0,556 ) qu‘au contact de l’air (où c* = 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)

 

ENERGIE MÉTABOLIQUE (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)

 

BALANCE ÉNERGÉTIQUE POUR les 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 ALIMENTAIRE  

L’énergie nécessaire au métabolisme humain est fournie par les aliments et est exprimée usuellement en Calories (1 Cal = 4180 J)

L’énergie nécessaire pour qu’un homme évolue normalement est d’environ 2400 Calories par 24 heures (ingurgitée d'une part et dépensée par ailleurs)

Le calcul correspond donc à une puissance moyenne continue et disponible pour le corps de 116 Watts

L'énergie ingurgitée est dépensée par notre corps avec la répartition ci-après >> efforts physiques (70%)--pertes dues (à T.P.N) à la convection calorifique interne (3%)-- pertes dues à la conduction calorifique en déperdition vers l’air extérieur (1%) --pertes dus aux radiations-rayonnements de notre corps (20%)-- pertes dues à l'évaporation (6%)

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

Selon les activités du corps humain, la puissance dépensée est de l'ordre de

80 Watts (si repos éveillé)--300 Watts (pour la marche)--(300 W (pour travail peu intense)--500 W (pour travail manuel intense)--800 W (pour sports intenses--6 Watts par kilo de son propre poids (pour un coureur cycliste, avec des pointes à 10 W/kg en sprint)

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 l’absorbe pour favoriser une transformation en énergie

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

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

Il y a relation empirique entre le VO2 et la puissance 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 tenir en réserve respiratoire pendant un temps donné

Comme on a standardisé ce temps à 6 minutes, le VMA (en km/h) = distance parcourue (en km) x 10 (par ex. un individu parcourant 1,500 km en 6 minutes a un VMA de 15)     Nota : le VMA est en fait un VO² maximorum

 

-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 à travers l'utilisation d'un produit de consommation

L'utilisation d'un produit signifie la somme (le cumul) de l'émission de CO² à l'occasion de toutes les phases >> de production, de transport, de manipulations, de cuisson etc...dudit produit) Cet indice est exprimé en grammes par 100 grammes (donc en %)

-la V.E ou valeur énergétique

Pour calculer l'énergie apportée au corps par les aliments, 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 (exprimée en Calorie/100 grammes, classement alphabétique)

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)--

Toutes les énergies ci-dessus peuvent être exprimées en Joules par 100 grammes >>>

il faut multiplier par 4.180 - Si on les veut en Joules par kilo, il faut 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. apportés) / (120 Watts consommés en activité moyenne) = 70.000 secondes soit # 20 heures  

-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 pour une 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 restant seules génératrices de photosynthése, puis 0,60 de pertes d'énergie n'allant pas vers cette photosynthése, puis 0,01 pour le rendement (faible) de cette photosynthèse.

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 période d'ensoleillement utile (soit au mieux # 25.000 secondes) >> donc l'énergie journalière solaire nécessaire à 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.) soit 1,1.1014 kwh ou 3,8.1020 J/an soit donc encore # 1018 J par jour (c'est donc presque autant que l'énergie produite par la photosynthése)

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

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