Contenu

sciences de la vie et de la Terre

Recherche simple Vous recherchez ...

espace pédagogique > disciplines du second degré > svt > enseignement > ressources pédagogiques

ARRONAX

mis à jour le 18/10/2008


arronax

La découverte d'Arronax s'effectue à partir d'un DVD pouvant être prolongée par une exposition et une conférence. La présentation est suivie de quelques pistes d'utilisation en lycée.

mots clés : arronax, radioisotopes, cancer, imagerie, médicale, isotopes, atomes, accélérateur, particules, rayonnement


arronax

Présentation du support pédagogique "ARRONAX"

Le support est constitué d'un DVD, d'une exposition et éventuellement de la venue d'un conférencier susceptible d'aborder un point à définir.

Le DVD est de type "autorun" et se lance dès l'introduction dans le lecteur , pour une utilisation sur PC, la présence d'une carte son est indispensable.

4 grands thèmes sont abordés:

  • Présentation et intérêt du projet "ARRONAX",
  • 2 thèmes à dominante physique ( physique des particules et production de radioisotopes)
  • Un thème à dominante biologie axé sur l'imagerie médicale et le traitement des cancers.

Ces 4 thèmes sont complétés par une recherche des mots clés : le glossaire; et un recueil de documents transférables sur support numérique en vue d'une utilisation future: la mallette pédagogique.

Chaque thème est constitué de courtes séquences vidéo accessible par un menu de navigation

La mallette pédagogique accessible sur la page d'accueil doit être transférée sur support numérique, cette procédure est automatisée dans l'animation, toutes les affiches de l'exposition sont fournies sous la forme de pages pdf, il devient alors possible de "reconstituer" l'exposition sous la forme de pages imprimées, de transparents ou encore d'une présentation powerpoint tournant "en boucles" (cette présentation est à réaliser par vos soins à partir des documents proposés)

Qui contacter pour se procurer le DVD, demander l'exposition ou la venue d'un conférencier ?

Liste des coordinateurs (CNAM) et opérateurs locaux de l'opération du cyclotron ARRONAX en Pays de la Loire :

  • Coordination régionale : Céline Harcouet, Corine Cloutour, CNAM des Pays de la Loire 25 bd Guy Mollet BP 31115 - 44311 Nantes Cedex 3 tél : 02 40 16 46 19 Contacter
  • Loire Atlantique : Véronique Gratas, Fabrice Sécher IFR26 Faculté de médecine 63 quai Magellan - 44 000 Nantes tél : 02 53 48 28 86 Contacter Véronique Gratas -- Contacter Fabrice Sécher
  • Maine et Loire : Vincent Millot, Terre des Sciences 29 bd Beaussier - 49 000 Angers tél : 02 41 36 28 26 Contacter Vincent Millot
  • Mayenne : Sandrine Labbé, CCSTI - Musée des Sciences 21 rue du Douanier Rousseau - 53 000 Laval tél : 02 43 49 47 81 Contacter Sandrine Labbé
  • Sarthe : Anne Mercier, Maine Sciences 19 rue St Denis - 72 300 Sablé sur Sarthe tél : 02 43 95 53 37 Contacter Anne Mercier

 

Des pistes d'utilisation pédagogique Haut de page

Enseignement scientifique en première littéraire - thème "représentation visuelle du monde".

La production suivante peut être présentée en 1 heure sous forme d'un diaporama et donner lieu a un dialogue avec la classe et le professeur de SVT, si possible accompagné de son collègue de physique. Toutes les images ainsi que la documentation sur la TEP et le cyclotron sont extraites du DVD ARRONAX. Cette production peut être adaptée pour les élèves de 1S dans la partie du programme "la part du génotype et la part de l'expérience individuelle dans le fonctionnement du système nerveux" à propos de cortex sensoriel et plasticité cérébrale. L'étude du rôle du cerveau dans la représentation visuelle du monde nous amène à utiliser des images du cerveau en activité obtenues, par exemple, par TEP (tomographie par émission de positons). On en déduit qu'une activité donnée se traduit par une activation de zones spécialisées du cerveau.

Comment fait-on pour obtenir de telles images?

Rappel des acquis antérieurs : un organe en activité a besoin de plus d'énergie qu'un organe au repos. Un organe est un ensemble de cellules donc une cellule en activité utilise plus d'énergie qu'une cellule au repos. Il faudrait donc être capable de repérer les cellules qui utilisent plus d'énergie que les autres.

Comment repérer des cellules qui utilisent plus d'énergie que les autres?

Quelle est l'origine de l'énergie utilisable par les cellules? A partir d'un schéma bilan de collège, on rappelle que nutriments et dioxygène libèrent de l'énergie utilisable par les cellules.

Remarque : on peut trouver des bilans de collège dans la banque de schémas SVT de l'académie de Dijon.

Comme la plupart des cellules, les neurones sont des cellules spécialisées dont le nutriment indispensable est le glucose. Quand un groupe de neurones devient plus actif, une vasodilatation locale des capillaires sanguins cérébraux se produit pour amener davantage de sang donc de glucose et de dioxygène vers ces régions plus actives. Pour connaître ces régions, il faudrait pouvoir repérer les zones du cerveau plus riches en glucose par exemple.

Comment faire?

Il faudrait pouvoir repérer le glucose par exemple. Pour ce faire, il est possible de marquer les molécules. Pour marquer les molécules, on leur implante un radio-isotope. Les molécules marquées se comportent comme toute autre molécule du même type, à part qu'elles émettent un rayonnement. Celui-ci pourra être utilisé comme traceur.

Qu'est ce qu'un radio-isotope?

Remarque : il est bien sûr recommandé de travailler avec le collègue de physique de la classe.

Certains éléments (le carbone, par exemple) peuvent avoir des formes stables (ce sont des isotopes stables) ou des formes instables (isotopes instables). Les isotopes instables se désintègrent spontanément par radioactivité, ce sont des radio-isotopes (ex : le carbone 14).

Un exemple de radioactivité :la radioactivité bêta plus.

Un proton du noyau de l'élément instable choisi se désintègre en un neutron et il y a émission d'un positon (e+) et d'un photon gamma.

Que se passe-t-il lorsqu'une molécule marquée est mise au contact d'un organe?

Le radio-isotope marqueur est un émetteur bêta plus : le positon émis réagit avec un électron des cellules des tissus proches en produisant deux photons gammas qui partent en directions diamétralement opposées.

En présence de capteurs appropriés, les photons peuvent être détectés et un système informatique est capable de reconstituer, en 3 dimensions, des images de la répartition du traceur.

Concrètement:

Comment introduire les molécules marquées dans l'organisme et comment détecter les photons émis?

Une technique possible : La TEP: Tomographie par émission de positons (TEP ou PET, ou PET-SCAN).

Elle nécessite :

- l'injection, dans l'organisme, d'une molécule marquée (glucose par exemple) avec des radio-isotopes émetteurs de positons; ainsi, davantage de radioactivité sera émise par les zones cérébrales les plus actives à cause de la vasodilatation qui amène plus de solution radioactive dans ces régions,

- l'utilisation de capteurs répartis tout autour de la tête du sujet pour enregistrer les couples de rayons gammas,

- un ordinateur qui, grâce à de nombreux calculs va identifier la position de leur lieu d'émission et reconstituer l'image globale du cerveau et de ses zones les plus actives.

On peut, à ce moment de la séquence, passer une courte vidéo : DVD Arronax onglet " soigner " puis " diagnostic par imagerie TEP " et " comment se déroule un examen d'imagerie médicale ".

La TEP permet d'en savoir plus sur le cerveau (possibilité de trouver des images sur certains sites).

Exemples :

- mise en évidence de l'activité cérébrale chez un alcoolique après 10 jours puis après 30 jours de sevrage pour en déduire que les drogues modifient l'activité cérébrale.

- marquage de molécule intervenant normalement dans le fonctionnement du cerveau comme la sérotonine (moins abondante chez un sujet atteint de dépression sévère) ou la dopamine (mise en évidence de la maladie de Parkinson).

La TEP, des avantages; mais des précautions à prendre!

L'homme reçoit une dose individuelle annuelle due aux rayonnements d'origine naturelle qui varie de 2 à 15 millisieverts (mSv) selon le pays, la région, l'altitude, le mode de vie, l'activité professionnelle. Un français reçoit en moyenne 2,4 mSv par an. A cette dose, s'ajoute depuis plus d'un siècle l'irradiation médicale. Ces 2,4 mSv vont servir d'étalon : c'est une année d'irradiation naturelle.

Un examen radiologique revient donc à ajouter l'équivalent de quelques jours, quelques mois ou quelques années d'irradiation naturelle à son compteur personnel. Les "suppléments" varient beaucoup avec le type d'examen :

- Panoramique dentaire : 1 jour d'irradiation naturelle,

- Radiographie des poumons : 15 jours d'irradiation naturelle,

- Scanner abdominal : 5 ans d'irradiation naturelle.

Et avec la TEP?

Lorsqu'on utilise cette technique pour comprendre les conséquences d'une tâche sur l'activité cérébrale, le temps efficace pour tester une tâche est relativement court (moins d'une minute) à cause de la dégradation rapide de la source de radioactivité. Après chaque tâche, le sujet doit attendre plusieurs minutes pour que le niveau de radioactivité émis soit négligeable avant de recevoir une nouvelle dose pour la tâche suivante. Les doses de radioactivité reçues par un sujet durant une session de TEP sont peu élevées, mais on ne permet tout de même qu'une seule session par année à un même sujet.

Pour utiliser des radio-isotopes à courte durée de vie, il faut pouvoir les produire près du lieu d'utilisation.

Une solution : ARRONAX*, un cyclotron.

Un cyclotron fait partie de la grande famille des " accélérateurs de particules ". Le premier cyclotron a été inventé en 1929 par le physicien américain Ernest Orlando Lawrence (1901-1958). Les particules placées dans un champ magnétique suivent une trajectoire en forme de spirale et sont accélérées par un champ électrique. Ces particules sont dirigées vers des cibles où elles produisent par réaction des éléments radioactifs. Cependant, un cyclotron ne contient pas de combustible nucléaire!

ARRONAX produira des radio-isotopes innovants pour la recherche en médecine nucléaire et sera essentiellement un outil pour combattre le cancer mais permettra aussi de réaliser des recherches en radiochimie (effets des rayonnements sur la matière).

En 2007, la France possède une vingtaine de cyclotrons (essentiellement à usage médical). La France héberge également à Grenoble un synchrotron européen, l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), mis en service en 1992.*Acronyme de " Accélérateur pour la recherche en radiochimie et oncologie à Nantes Atlantique " et … clin d'œil littéraire lié à la ville de Nantes …

Caractéristiques de la construction :

Un bâtiment de 4000 m2, des murs de 3,70 m d'épaisseur,9000 m3 de béton, 200 tonnes d'acier, 245 tonnes de plomb ! Pourquoi cette nécessité? Un cyclotron produit des éléments radioactifs, discuter sur les précautions nécessaires à prendre pour protéger l'environnement.

En savoir plus?

Allez voir l'exposition (à installer dans un lieu facilement accessible par les élèves comme le CDI ou la maison des lycéens)

En terminale scientifique

Il est très intéressant de demander l'intervention d'un conférencier (prévoir 2 heures). Ces intervenants se mettent parfaitement à la portée des élèves de terminale.

Un exemple possible :

- visite libre de l'exposition par les élèves

- conférence sur la radiothérapie vectorisée, technique que des élèves de TS peuvent parfaitement comprendre à condition d'avoir traité la partie I.7 du programme de SVT "Immunologie" et la partie "les transformations nucléaires "

- la décroissance radioactive" en physique.

Les élèves ont une enquête à renseigner pour le cours suivant (une partie peut être corrigée en physique et une autre en SVT).

Un support pour la visite de l'exposition (ou de l'utilisation du DVD) : Enquête sur ARRONAX

A. Les isotopes et de leur utilisation en médecine

1) Combien existe-t-il, approximativement, d'isotopes naturels ? Combien de radioactifs ?

2) Rappelez à quoi correspond la période ou demi-vie d'un radio-isotope.

B. Utilisation des radio-isotopes en médecine

1) Citez quelques isotopes artificiels ayant un objectif médical ?

2) Quelle doit être la caractéristique de la demi-vie d'un radio-isotope utilisé en médecine? Pour quelle raison ?

3) La TEP est une technique d'imagerie médicale

a) Cette technique nécessite l'utilisation de molécules marquées, expliquez brièvement le principe

b) A quel type d'émetteur appartient le radio-isotope utilisé ? Quelle est l'action de la particule émise sur des tissus biologiques

c) Comment cette action permet-elle d'obtenir une image médicale en 3D ?

C. Expliquer en quoi consiste la radiothérapie vectorisée et quel est son intérêt.

D. A propos du cyclotron ARRONAX

1) Qu'est ce qu'un cyclotron ?

2) Que signifie Arronax ?

3) Quel est le but et l'intérêt de ce projet ?



La présentation de cette technique de thérapie et d'imagerie médicale peut être complétée par des visites sur des sites externes :

Quelques animations flash très explicites sur le fonctionnement  d'ARRONAX (site externe cyclotron Nantes)

Quelques compléments sur l'utilisation du cyclotron avec notamment des images obtenues en neurosciences (site du service hospitalier Frédéric Joliot)

Compléments en imagerie du cerveau : utilisation du logiciel "Eduanatomist" et d'une banque de données d'images pédagogiques. (site Acces de l'INRP)

Deux ressources dans la rubrique physique-chimie :
enquête sur Arronax : TP pour exploiter le DVD

intégrer Arronax aux enseignements
 
auteur(s) :

Jean-Pierre Leclerc, professeur de SVT au lycée François Truffaut à Challans
Marie-Christine Garnier, professeur de SVT au lycée La Colinière à Nantes

information(s) pédagogique(s)

niveau : Terminale S, 1ère L, 1ère S, 1ère ES

type pédagogique : activité de découverte, activité de recherche, préparation pédagogique

public visé : enseignant, élève, étudiant

contexte d'usage : espace documentaire, classe

référence aux programmes : Enseignement scientifique en 1ère littéraire (sciences physiques + SVT) : thème : la représentation visuelle du monde
Communication nerveuse (1ère ES)
La part du génotype et de l'expérience individuelle dans  le fonctionnement du système nerveux (1S)
Un travail pluridisciplinaire en TS : immunologie (SVT) et transformations nucléaires (sciences Physiques)

haut de page

sciences de la vie et de la Terre - Rectorat de l'Académie de Nantes