Auscultation cardiaque au micro
Etude du rythme cardiaque avec un smartphone transformé en stéthoscope
Description détaillée
Les sons cardiaques, communément appelés B1 et B2, sont produits par la fermeture des valves du cœur. Le premier son (B1), plus grave et prolongé, correspond à la fermeture des valves auriculo-ventriculaires (mitrale et tricuspide) au début de la contraction ventriculaire. Le second son (B2), plus aigu et bref, est produit par la fermeture des valves sigmoïdes (aortique et pulmonaire) à la fin de l'éjection du sang. L'enchaînement B1-B2, souvent décrit phonétiquement comme 'toum-ta', se répète à chaque cycle cardiaque. Le défi principal de cette expérience est le rapport signal/bruit: les battements cardiaques sont de faible amplitude comparés aux bruits ambiants et aux mouvements corporels. Un environnement calme et une position stable sont essentiels pour obtenir un enregistrement exploitable. Avec FizziQ, le microphone du smartphone sert d'instrument de mesure pour afficher en direct le signal sonore cardiaque et déterminer la période entre deux battements, les résultats pouvant être consignés dans le cahier d'expérience.
Objectifs pédagogiques
- Enregistrer des sons cardiaques à l’aide d’un microphone.
- Identifier les deux sons principaux du cycle cardiaque.
- Mesurer la fréquence cardiaque à partir d’un signal sonore.
- Comprendre le lien entre sons cardiaques et fonctionnement du cœur.
- Observer l’influence du bruit sur la qualité des mesures.
Concepts scientifiques
Instruments et capteurs
Instruments scientifiques
- Microphone (signal sonore)
Capteurs
- Microphone
Fonctionnalités FizziQ
- Cahier d'expérience — Pour noter les mesures de période/fréquence cardiaque à différents moments et conclure sur l'effet de l'effort.
Matériel nécessaire
- Smartphone avec l'application FizziQ, utilisée comme stéthoscope numérique via le microphone intégré
- Un environnement calme pour limiter les bruits parasites
- Cahier d'expérience FizziQ pour noter les mesures et les observations
- Note : le protocole reste adaptable à tout autre outil de mesure acoustique comparable.
Protocole expérimental
Installe-toi dans un environnement très calme pour minimiser les bruits parasites.
Ouvre FizziQ et sélectionne l'instrument Microphone. Active l'affichage du signal sonore en fonction du temps.
Place le microphone de ton smartphone directement sur ta poitrine, à gauche du sternum, là où les battements sont les plus perceptibles.
Lance l'enregistrement et reste immobile pendant 10 à 15 secondes.
Arrête l'enregistrement et observe le signal. Tu dois voir des motifs répétitifs correspondant aux cycles cardiaques.
Identifie les deux sons principaux : B1 (son grave et prolongé, fermeture des valves auriculo-ventriculaires) et B2 (son bref et aigu, fermeture des valves sigmoïdes).
Mesure l'intervalle de temps entre deux sons B1 consécutifs. Cet intervalle correspond à la période T du cycle cardiaque.
Calcule la fréquence cardiaque en battements par minute : FC = 60/T.
Fais plusieurs mesures après différentes activités (repos, après 10 flexions) et compare les fréquences cardiaques.
Note tes observations dans le cahier d'expérience et conclus sur la relation entre effort physique et fréquence cardiaque.
Résultats attendus
Le signal enregistré présente des oscillations répétitives correspondant aux battements du cœur. Chaque cycle cardiaque produit deux sons distincts rapprochés dans le temps. Le premier son est généralement plus long et plus grave que le second. Le second son est plus court et plus aigu. La fréquence des cycles correspond à la fréquence cardiaque. La qualité du signal dépend fortement du niveau sonore ambiant et de la stabilité du smartphone. Des perturbations peuvent apparaître si l'élève bouge ou respire profondément. L'utilisation d'un filtre améliore généralement la lisibilité du signal. Attention : les sons cardiaques sont à la fois faibles et de très basse fréquence (essentiellement en dessous de 100 Hz, soit plus bas que la voix parlée). Or les microphones de smartphone sont optimisés pour la voix et atténuent souvent ces basses fréquences. Selon le modèle d'appareil et le point d'appui sur la poitrine, le signal peut donc être peu marqué, voire indétectable : c'est un résultat expérimental normal, et non une erreur de manipulation. Un contact ferme du micro contre la poitrine et un environnement très silencieux améliorent nettement les chances de succès.
Questions scientifiques possibles
- Pourquoi observe-t-on deux sons distincts pour chaque battement cardiaque ?
- Pourquoi le bruit ambiant perturbe-t-il la mesure des sons cardiaques ?
- Comment la position du smartphone influence-t-elle la qualité du signal ?
- Pourquoi faut-il maintenir le smartphone immobile pendant l’enregistrement ?
- Comment le filtrage améliore-t-il la lisibilité du signal ?
- Pourquoi la fréquence cardiaque varie-t-elle selon l’activité physique ou l’état émotionnel ?
Explications scientifiques
Les sons cardiaques, communément appelés B1 et B2, sont produits par la fermeture des valves du cœur. Le premier son (B1), plus grave et prolongé, correspond à la fermeture des valves auriculo-ventriculaires (mitrale et tricuspide) au début de la contraction ventriculaire. Le second son (B2), plus aigu et bref, est produit par la fermeture des valves sigmoïdes (aortique et pulmonaire) à la fin de l'éjection du sang. L'enchaînement B1-B2, souvent décrit phonétiquement comme 'toum-ta', se répète à chaque cycle cardiaque. Le défi principal de cette expérience est le rapport signal/bruit: les battements cardiaques sont de faible amplitude comparés aux bruits ambiants et aux mouvements corporels. Un environnement calme et une position stable sont essentiels pour obtenir un enregistrement exploitable.
Extensions possibles
- Réaliser des mesures avant et après un effort physique pour observer l’évolution du rythme cardiaque.
- Comparer les enregistrements réalisés en position assise et allongée.
- Tester différentes positions du smartphone sur la poitrine.
- Enregistrer les sons cardiaques dans des environnements plus ou moins bruyants pour comparer la qualité du signal.
- Comparer les résultats obtenus avec ceux d’un autre élève.
Questions fréquentes
Qu'est-ce que les sons cardiaques ?
Les sons cardiaques sont les bruits produits par les valves du cœur lors de leur fermeture. Le défi principal est le rapport signal/bruit: les battements cardiaques sont de faible amplitude comparés aux bruits ambiants et aux mouvements corporels.
Comment FizziQ transforme-t-il le microphone en instrument de mesure ?
Pour cette activité, FizziQ affiche le signal capté par le microphone en fonction du temps (oscillogramme). On y repère directement les motifs répétés des cycles cardiaques et on mesure l'intervalle entre deux battements successifs pour en déduire la fréquence cardiaque. FizziQ propose aussi d'autres modes (niveau sonore en décibels, spectre des fréquences), mais c'est bien l'affichage temporel qui est utilisé ici.
Peut-on réaliser cette activité en autonomie à la maison ?
Oui, cette activité ne nécessite qu'un smartphone avec l'application gratuite FizziQ. Elle peut être réalisée à la maison, en classe ou sur le terrain, sans matériel de laboratoire spécialisé.
Prêt à commencer ?
Téléchargez FizziQ et lancez cette activité avec vos élèves.