| Dossier - Cybernétique et Physiologie | |
Gilles Furelaud, Bernard Calvino (Ecole Supérieure de Physique et Chimie Industrielle de Paris)
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2- Exemple 1 : le thermostat
| sommaire : |
Afin de comprendre plus clairement ce qu'est une représentation cybernétique, nous présentons ici un exemple simple : le thermostat. Cet exemple simple est celui choisit dans l'ouvrage de B. Calvino, "Introduction à la physiologie - Cybernétique et régulations", publié chez Belin, collection Belin Sup Sciences (2003).
Il s'agit d'un ensemble permettant de maintenir un système réglé à une température constante et définie, grâce à l'action d'un système réglant. Dans un premier temps, nous verrons le cas d'un bain-marie, maintenu à 37°C par un thermostat physique. Ensuite, nous verrons comment représenter ce type de mécanismes dans le cas du corps humain, maintenu lui aussi à 37°C.
Le thermostat d'un bain-marie est un système asservi, dont la finalité (cybernétique) est de maintenir la température d'une enceinte constante. Ici, notre thermostat est réglé à 37°C. On voit d'ailleurs bien ici la notion de finalité, cybernétiquement parlant : cette valeur de 37°C est fixé à l'origine, et l'ensemble a donc un "but" : l'atteindre.
Le thermostat d'un bain-marie se compose donc de deux systèmes :
| Un système réglé : l'enceinte contenant l'eau. | |
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| Sa grandeur réglée est la température
de cette eau. On peut dinstiguer deux grandeurs d'entrée : |
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| Le débit d'entrée : Il s'agit de l'apport en calories fourni par la résistance du bain-marie. Ce débit d'entrée permet de chauffer l'eau et donc de faire monter sa température. |
Le débit de sortie : La cuve du bain-marie est un système ouvert. Ainsi, il y a une perte de chaleur, de manière passive (ou perte de calories). Cette perte fait baisser la température de l'eau. |
| Un système réglant. | |||
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| Sa grandeur d'entrée est la température
de l'eau du bain-marie. Sa grandeur réglée
est le débit d'entrée du système réglé
: il peut ainsi agir, en régulant l'apport de calories, pour maintenir
la température au niveau de la grandeur de consigne de 37°C. Cette action est rendue possible par une voie de communication, formée de trois éléments :
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En résumé, suite à la détection d'un écart de température par rapport à la valeur de consigne (détecté par l'émetteur - le thermomètre), le récepteur (la résistance), informée via le transmetteur (le fil de cuivre), chauffe l'eau. Tant que la température atteint 37°C, le transmetteur n'a pas d'impulsions électriques à transmettre (ou insuffisamment), et en conséquence la résistance s'arrête de chauffer. |
La réunion de ces deux systèmes permet la représentation cybernétique du thermostat associé au bain-marie :
On peut aisément transposer cet exemple simple à un cadre physiologique : le corps humain. Dans ce cas, le système réglé correspond au milieu intérieur. De même que dans l'exemple précédent, l'organisme cherche à le maintenir à une température constante de 37°C : la grandeur réglée de ce système est donc la température centrale de l'organisme, et la grandeur de consigne de 37°C. Comme pour le bain-maire, ce système réglé présente deux grandeurs d'entrée : un débit d'entrée (augmentant la température) et un débit de sortie (diminuant la température).
En parallèle, un système réglant permet de maintenir la température centrale au niveau de la grandeur de consigne, en agissant sur les deux grandeurs d'entrée du système réglé (et non pas une seule comme dans le cas du bain-marie) :
On peut donc retrouver la voie de communication de ce système réglant :
| émetteur-capteur | les thermorécepteurs, cellules nerveuses sensorielles sensibles à la température. Ce sont ici les thermorécepteurs centraux (situés principalement dans l'hypothalamus) qui sont les plus importants, la grandeur réglée étant la température centrale. |
| transmetteur | le système nerveux : les nerfs sensoriels transmettent
l'information des capteurs vers un centre intégrateur
(l'hypothalamus), et les voies nerveuse efférentes
qui transmettent l'information générée par ce centre
intégrateur vers les effecteurs. Le centre intégrateur est considéré comme un élément associé au transmetteur. |
| récepteurs-effecteurs | il s'agit ici d'un ensemble varié d'effecteurs pouvant agir sur la température de l'organisme : les muscles squelettiques (leur travail dégage de la chaleur), les muscles lisses (qui permettent vasodilatation et vasoconstriction), les glandes sudoripares (l'évaporation de la sueur qu'elles produisent permet un refroidissement du corps). |
On peut donc représenter le thermostat associé au maintien de la température centrale chez l'Homme (comme chez les autres vertébrés homéothermes) d'une manière similaire au termostat associé au bain-marie :
Représentation cybernétique du thermostat associé au maintien
de la température chez l'Homme
On a donc représenté ainsi cybernétiquement le système suivant :
Représentation analogique du thermostat associé au maintien de
la température chez l'Homme
La comparaison de ces deux schémas (cybernétique et analogique) illustre l'intérêt de la démarche cybernétique : cette représentation modélisée permet une conceptualisation "simple" d'un mécanisme physiologique par ailleurs très complexe, et dont la pleine compréhension nécessite de nombreuses connaissances en anatomie, physiologie et neurologie. En particulier, le fonctionnement précis du centre nerveux intégrateur est ici totalement occulté (grâce au concept de "boîte noire"), ce qui rend la compréhension de cette thermostatie accessible au plus grand nombre. Les principes de fonctionnement de cet homéostat, par contre, ressortent clairement sur le schéma cybernétique.
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