UE3 biophysique PASS 2026 : notions et calculs

L'UE3 biophysique PASS concentre environ 30 à 40 % des QCM de l'épreuve selon les facultés. C'est une unité redoutée parce qu'elle mêle physique, formules et applications cliniques dans un temps très court. Rayonnements ionisants, mécanique des fluides, optique géométrique, ondes acoustiques : chaque chapitre a ses propres pièges de calcul. Cette fiche rassemble les notions-clés et les points de vigilance pour aborder le concours avec méthode.

UE3 : programme biophysique

Le programme officiel de l'UE3 est défini par l'arrêté du 25 janvier 2010 et ses révisions ultérieures. Il couvre quatre grands blocs : les rayonnements (ionisants et non ionisants), la mécanique des fluides biologiques, l'optique physiologique et la mécanique ondulatoire. Chaque bloc articule des lois physiques générales avec des applications directement médicales (radiologie, échographie, ophtalmologie, hémodynamique).

• Rayonnements : radioactivité, interactions rayonnement-matière, dosimétrie, imagerie
• Fluides : loi de Poiseuille, équation de Bernoulli, viscosité, débit sanguin
• Optique : réfraction, lentilles, accommodation, défauts visuels et correction
• Ondes : propagation, effet Doppler, ultrasons, acoustique médicale

La difficulté principale n'est pas la complexité théorique mais la vitesse d'exécution : on dispose en moyenne de 72 secondes par QCM. Il faut donc avoir automatisé les formules et les ordres de grandeur avant le jour J.

Rayonnements et imagerie

Ce chapitre repose sur deux familles : les rayonnements électromagnétiques (rayons X, gamma) et les particules (alpha, bêta). La loi de décroissance radioactive N(t) = N₀ · e^−λt est incontournable, avec λ = ln2 / T_1/2. La période physique T_1/2 du technétium-99m vaut 6 heures : c'est une valeur numérique que les QCM exploitent régulièrement.

• Activité A = λN, exprimée en becquerels (1 Bq = 1 désintégration/s)
• Dose absorbée D en gray (Gy = J/kg)
• Dose équivalente H = D · w_R en sievert (Sv)
• Dose efficace E = H · w_T (pondération tissulaire)
• Atténuation des RX : loi de Beer-Lambert, coefficient μ linéaire

En imagerie, on distingue la radiographie conventionnelle (transmission), la scintigraphie (émission gamma), le TEP (annihilation, photons à 511 keV) et l'IRM (résonance magnétique nucléaire, pas de rayonnement ionisant). Connaître le principe physique de chaque modalité permet de répondre aux QCM de type "associez technique/rayonnement" sans hésitation.

Fluides et hémodynamique

La loi de Poiseuille est la formule centrale : Q = (π · r⁴ · ΔP) / (8 · η · L). Le point critique est l'exposant 4 sur le rayon : diviser le rayon par 2 divise le débit par 16. Cette relation explique l'impact majeur d'une sténose artérielle même modérée.

• Viscosité dynamique η du sang : ≈ 3–4 × 10⁻³ Pa·s (sang total, 37 °C)
• Nombre de Reynolds Re = ρvD/η ; turbulence si Re > 2000
• Équation de continuité : S₁v₁ = S₂v₂ (conservation du débit)
• Équation de Bernoulli : P + ½ρv² + ρgh = constante
• Pression de Laplace pour les vaisseaux : T = P · r / 2 (paroi sphérique)

L'hémodynamique appliquée concerne aussi la compliance vasculaire (ΔV/ΔP) et la résistance vasculaire R = ΔP/Q. Les QCM croisent souvent Poiseuille et Bernoulli dans un même énoncé : identifier quelle loi s'applique (régime laminaire vs. énergie totale) est le premier réflexe à avoir.

Optique et oeil

L'œil est assimilé à un système de lentilles convergentes. La vergence totale au repos est d'environ +60 dioptries, dont +43 D pour la cornée et +17 D pour le cristallin. La relation de conjugaison des lentilles minces 1/v − 1/u = 1/f' = V est utilisée pour calculer la position des images sur la rétine.

• Emmétropie : image nette sur la rétine sans accommodation
• Myopie : globe trop long ou cornée trop cambrée → correction par lentille divergente (vergence négative)
• Hypermétropie : globe trop court → correction par lentille convergente
• Astigmatisme : cornée torique → correction cylindrique
• Presbytie : perte d'amplitude d'accommodation (normale : 10 D à 20 ans, < 1 D après 60 ans)

Les QCM testent aussi la réfraction à l'interface air/milieu (loi de Snell-Descartes : n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂) et l'indice de réfraction de l'humeur aqueuse (≈ 1,336). Maîtriser le schéma de l'œil réduit avec ses plans principaux évite les erreurs de signe sur u et v.

Mécanique ondulatoire

Les ultrasons médicaux utilisent des fréquences entre 1 et 15 MHz, bien au-delà du seuil d'audibilité humain (20 kHz). La vitesse de propagation dans les tissus mous est d'environ 1540 m/s, valeur à mémoriser pour les calculs de profondeur en échographie.

• Relation fondamentale : v = λ · f
• Impédance acoustique Z = ρ · v (en rayleigh, kg·m⁻²·s⁻¹)
• Coefficient de réflexion R = [(Z₂ − Z₁)/(Z₂ + Z₁)]²
• Effet Doppler : Δf = 2f₀ · v · cosθ / c (Doppler continu)
• Atténuation : augmente avec la fréquence → compromis résolution/profondeur

L'effet Doppler est le sous-chapitre le plus calculatoire. L'angle θ entre le faisceau et le flux sanguin est crucial : à θ = 90°, cosθ = 0 et le signal Doppler est nul. En pratique clinique, on travaille à θ < 60° pour limiter l'erreur. Les QCM proposent souvent des variantes sur cosθ pour piéger les calculs rapides.

Les pièges de calcul QCM

Les erreurs les plus fréquentes en UE3 biophysique PASS ne viennent pas d'une ignorance des formules mais de détails d'application. En identifier les récurrents permet de gagner plusieurs points.

1. Exposant r⁴ de Poiseuille : toujours vérifier si l'énoncé donne le rayon ou le diamètre.
2. Unités de dose : ne pas confondre gray (dose absorbée) et sievert (dose équivalente) ; les facteurs w_R changent tout.
3. Signe de la vergence : lentille divergente → vergence négative → u et v à relire avec la convention algébrique.
4. Période effective vs. physique : 1/T_eff = 1/T_phys + 1/T_biol ; oublier T_biol fausse l'activité résiduelle.
5. Cosinus dans Doppler : vérifier l'angle donné (entre faisceau et vecteur vitesse, pas avec la perpendiculaire).
6. Puissances de 10 : becquerel, gray, sievert ont des valeurs très différentes ; une faute d'exposant invalide la proposition.

La stratégie efficace : poser les unités avant de calculer. Si les unités ne s'annulent pas correctement, la formule est mal appliquée. C'est un filtre rapide qui évite de valider une réponse fausse sous pression temporelle.

FAQ

Quelle est la différence entre dose absorbée et dose efficace en UE3 biophysique PASS ?

La dose absorbée (D, en gray) mesure l'énergie déposée par unité de masse de tissu. La dose équivalente (H, en sievert) pondère D par le facteur de qualité w_R propre au rayonnement (1 pour les photons, 20 pour les particules alpha). La dose efficace (E, en sievert) pondère en plus par la radiosensibilité de chaque organe (w_T). Les QCM testent souvent la capacité à choisir la bonne grandeur selon le contexte clinique ou réglementaire.

Faut-il connaître les valeurs numériques des périodes radioactives ?

Oui, certaines sont exigibles : le technétium-99m (6 h) en médecine nucléaire, l'iode-131 (8 jours) en thyroïdologie, le carbone-14 (5730 ans) en datation. Ces valeurs apparaissent dans les énoncés de calcul d'activité résiduelle ou de période effective. Il est inutile de mémoriser des dizaines de radionucléides ; concentrez-vous sur ceux qui ont une application médicale directe citée dans votre cours de faculté.

Comment aborder les QCM sur l'effet Doppler sans se tromper sur l'angle ?

L'angle θ est toujours mesuré entre le faisceau ultrasonore et le vecteur vitesse du flux. Si l'énoncé donne l'angle par rapport à la perpendiculaire au vaisseau, il faut le convertir (θ' = 90° − θ). Ensuite, appliquer Δf = 2f₀ · v · cosθ / c. Vérifier le signe : un flux s'approchant de la sonde donne un Δf positif. Entraînez-vous sur des valeurs typiques : cosθ = 0,5 pour θ = 60°, cosθ = 0,87 pour θ = 30°.

L'optique géométrique est-elle vraiment calculatoire au concours ?

Oui. Les QCM demandent régulièrement de calculer la vergence correctrice d'un œil myope ou hypermétrope à partir du punctum remotum ou du punctum proximum. La formule 1/v − 1/u = V doit être appliquée avec la convention algébrique stricte (distances algébriques, positives vers la droite). Les erreurs de signe sont fréquentes. Schématiser rapidement l'œil réduit avec les données de l'énoncé avant de calculer réduit significativement ces erreurs.

Quelle est la meilleure stratégie de révision pour l'UE3 biophysique PASS ?

Structurer les révisions en trois phases : d'abord comprendre chaque formule (démonstration simplifiée ou raisonnement dimensionnel), ensuite mémoriser les valeurs numériques clés (vitesse des ultrasons, vergence de l'œil, périodes radioactives), enfin s'entraîner sur annales chrono. Le ratio conseillé est 30 % cours, 70 % exercices. Identifier ses erreurs récurrentes par chapitre et refaire les QCM ratés à J+3 consolide la mémoire à long terme avant le concours.