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Cette page est destinée à l'utilisation de tous, afin de mieux comprendre un phénomène souvent méconnut mais pourtant très important: L'Excitabilité.

Nous commencerons donc par comprendre d'où cela vient, et comment ce phénomène à pû être observé pour la première fois. Nous continuerons en expliquant ce qui nous permet de différentier un système excitable d'un quelconque autre système, puis nous expliquerons physiquement ce qui donne lieu à ce phénomène. Enfin nous prendons l'exemple d'un système optique pouvant se comporter comme un système excitable.

D'où cela vient

Quelques exemples

L'exitabilité est un phénomène répendu, que l'on peut observer dans de nombreux système naturel, allant des plantes jusqu'à certaines cellules bien particulière et indispensable du corps humain.

On peut observer cette propriété chez certaines plantes carnivore, où une petite tige immobile au centre de la plante sert à déclencher le piège, faire se refermer la plante, lorsqu'un insecte s'y pose.

On peut également l'observer à l'intérieur d'une plante aussi courante que la fougère, qui l'utilise comme moyen de reproduction. Vous pouvez voir la photo d'une fougère ci-dessous, où chaque point orange correspond à un amas de sporanges, sorte de petit bras permettant la reproduction, entrelassés. Chaque sporange étant replié, enroulé sur lui-même, des graines contenues en son centre.

fougère

En fait chaque sporange est constitué de petites cavitées de taillle micrométrique, soit un million de fois plus petit qu'un mètre, agencé sur toute la longueur et formant une tige. On peut voir un exemple d'un sporange unique sur l'image suivante.

sporange

L'évaporation de l'eau contenue dans ces dernière, dû au soleil, se fait au travers d'une membrane semi-perméable. Cet évaporation fait diminuer la pression du liquide et a pour effet de tendre cette membrane, ce qui déplie le sporange. Au delà d'un certain seuil, l'eau sous tension admet un phénomène de cavitaion, où une bulle de gaz apparait spontanément. Ceci entrainant un relachement de l'énergie élastique: le sporange catapulte ses graines.



Toutefois les plus importants exemple de l'excitabilité sont pour nous dans le corps humain. En effet ce sont certaines des cellules du muscle cardiaque, appelées myocytes, ainsi que les cellules composant le système nerveux appelées aussi: Neurone.

neurone

Les premières faisant battre notre coeur et les secondes assurant le transport de l'imformation dans notre cerveaux et participant à des mécanismes complexes tel que la mémorisation.

Ce phénomène est donc très important dans la nature, dans de nombreux système biologique et physique, et joue un rôle prépondérant au bon fonctionnement de ces systèmes, qui ont chacun un but bien précis et très différent les uns des autres.

Un peu d'histoire

L'Excitabilité à été observé pour la première fois par Hodgkin et Huxley. Ils exposent les résultats de leur travaux dans un papier paru en 1952 dans The Journal of Physioloy, papier qui leur vaudra le ``prix Nobel de phisiologie ou médecine'' en 1963. Dans ce papier ils considère un axone (une des partie du neurone, voir figure précédente) géant de Loligo, une espèce de calmars, et y enroule deux fil d'argent; l'un pour appliqué une tension, dans le but de perturber le système et l'autre afin de mesuré le potentiel membranaire et ainsi annalyser si il à été modifié ou non. On peut voir une photo de leur dispositif (axone + fils d'argent) ci-dessous, où, cet axone à un diamètre d'un peu plus d'un demi millimètre.

neurone

Ils ont donc mesuré pour plusieurs amplitude de perturbation le potentiel membranaire résultant et observé, comme montré sur la figure suivante, un changement de forme brutal de celui-ci. Passant de ce qui semblait être une simple relaxation (pour les plus petite amplitude), à un grand pulse qui semblait rester le même quelque soit la perturbation du moment qu'elle soit ``suffisament'' forte.

neurone

A noter également que c'est de leurs études expérimentale elle-même que vient la définition de ce phénomène, que nous allons exposer par la suite.

Nous reviendrons sur ces résultats plus loin lorsque nous en saurons un peu plus sur l'excitabilité.

L'excitabilité: qu'est-ce que c'est?

L'excitabilité est une propriétée qui se base sur la réponse que donnera un système soumit à une perturbation extérieure. Cette propriétée se traduisant par quelques caractéristiques bien précise:

  1. La possibilité pour le système de répondre de deux manière bien distincte à une perturbation externe en fonction de l'amplitude de celle-ci:
  • Une réponse dépendant de l'amplitude de la perturbation (la réponse linéaire), où la réponse sera proportionnelle à la perturbation (exemple: si la perturbation est petite la réponse le sera aussi). Cette réponse ramène seulement le système à son état d'origine: on dit qu'il relaxe.

  • La seconde étant indépendante de l'amplitude de la perturbation (la réponse non-linéaire), en effet la réponse sera toujours la même (de la même forme) car dépendante uniquement des propriétées physique du système (de la forme de l'espace des phases pour les plus connaisseurs), puis le système relaxera à sur son état initial.

  1. La présence d'un seuil en amplitude de perturbation (précédemment la tension appliqué à l'axone): en-dessous de ce seuil le système relaxera (suivra la réponse linéaire), au-dessus le système admettra un comportement complexe