Biophysique au PASS : exercices types et corrections

7 min de lecture | Annales PASS | Mai 2026

Pourquoi la biophysique piège au PASS

En PASS, la biophysique, associée à la physique et aux mathématiques appliquées, piège sur des détails de raisonnement que beaucoup sous-estiment : les QCM à plusieurs propositions testent la rigueur du calcul autant que la connaissance du cours. Un mauvais calcul de constante, une unité oubliée ou une proposition A fausse non repérée suffisent à faire perdre une question. Cette fiche rassemble six exercices types avec leur correction et le piège à éviter. Ils sont rédigés pour l’entraînement : ce ne sont pas des sujets d’examen. Selon les universités, cette matière relève de l’UE3 ou d’une autre UE, car la numérotation et le contenu des UE varient d’un établissement à l’autre.

Loi de Beer-Lambert et thermodynamique

Les deux premiers exercices portent sur la loi de Beer-Lambert et sur l’énergie libre de Gibbs, deux notions où le calcul et les unités décident de la réponse.

Exercice 1 : loi de Beer-Lambert et absorbance

Énoncé résumé : On dispose d’une solution de concentration C₁ = 10⁻⁴ mol/L, de coefficient d’extinction molaire ε = 2 000 L mol⁻¹ cm⁻¹, avec un trajet optique l = 1 cm. On demande d’identifier les propositions exactes parmi cinq (QCM à plusieurs propositions, de A à E).

Correction et démarche : On applique A = ε × l × C = 2 000 × 1 × 10⁻⁴ = 0,2. La transmittance vaut T = 10^(−A) = 10^(−0,2) ≈ 0,63, soit 63 %. Le piège classique : confondre absorbance et transmittance dans les propositions, ou oublier que la loi de Beer-Lambert ne s’applique qu’en solution diluée et en lumière monochromatique. Une proposition qui affirme le contraire est fausse même si le calcul numérique est juste. Vérifier systématiquement les unités de ε avant tout calcul.

Exercice 2 : entropie et énergie libre

Énoncé résumé : On étudie une réaction à 37 °C (310 K) avec ΔH = −50 kJ/mol et ΔS = −100 J mol⁻¹ K⁻¹. On demande si la réaction est spontanée à cette température.

Correction et démarche : ΔG = ΔH − T × ΔS = −50 000 − (310 × −100) = −50 000 + 31 000 = −19 000 J/mol = −19 kJ/mol. Comme ΔG < 0, la réaction est spontanée à 310 K. Le piège numéro un : ne pas convertir ΔH en J/mol avant de calculer, ce qui donne un ΔG complètement faux. Les propositions pièges jouent souvent sur cette erreur d’homogénéité des unités.

Mécanique des fluides et bioélectricité

Exercice 3 : mécanique des fluides et équation de Bernoulli

Énoncé résumé : Un fluide incompressible s’écoule dans une conduite horizontale dont le diamètre passe de 4 cm à 2 cm. La vitesse en entrée est v₁ = 0,5 m/s. On demande d’identifier les propositions exactes sur la vitesse, la pression et le débit.

Correction et démarche : Conservation du débit Q = S₁ × v₁ = S₂ × v₂. S₁ = π(0,02)² ≈ 1,26 × 10⁻³ m², S₂ = π(0,01)² ≈ 3,14 × 10⁻⁴ m². Donc v₂ = (S₁/S₂) × v₁ = 4 × 0,5 = 2 m/s. Par Bernoulli, la pression diminue quand la vitesse augmente. Piège récurrent : une proposition affirmant que « le débit augmente dans le rétrécissement » est fausse : le débit volumique reste constant.

Exercice 4 : bioélectricité et potentiel de membrane

Énoncé résumé : On étudie un potentiel de repos neuronal avec les concentrations ioniques intracellulaires et extracellulaires en K⁺ et Na⁺ données. On applique l’équation de Nernst pour identifier les propositions justes.

Correction et démarche : E = (RT/zF) × ln([ion]ext/[ion]int). À 37 °C, RT/F ≈ 26,7 mV. Pour K⁺ (z = +1) avec [K⁺]int = 140 mmol/L et [K⁺]ext = 5 mmol/L : E_K ≈ 26,7 × ln(5/140) ≈ −89 mV. Piège : inverser le rapport intérieur/extérieur selon la convention utilisée, ou oublier que z = 2 pour Ca²⁺. Ces erreurs de signe et de valence génèrent des propositions fausses très plausibles.

Radioactivité et optique géométrique

Exercice 5 : radioactivité et décroissance

Énoncé résumé : Un isotope a une demi-vie T₁/₂ = 6 heures. On part de N₀ = 10⁸ atomes. Combien en reste-t-il après 24 heures ? Plusieurs propositions incluent des puissances de 10 et des fractions.

Correction et démarche : 24 h correspondent à 4 demi-vies. N = N₀ × (1/2)⁴ = 10⁸ / 16 = 6,25 × 10⁶ atomes. Piège classique : utiliser la formule N = N₀ × e^(−λt) sans calculer correctement λ = ln 2 / T₁/₂, ou confondre une demi-vie en heures et un temps en minutes. Une proposition à 6,25 × 10⁷ trahit une erreur d’un facteur 10 sur la puissance de 10.

Exercice 6 : optique géométrique

Énoncé résumé : Une lentille convergente de distance focale f’ = +10 cm reçoit un objet réel placé à 30 cm. On demande de caractériser l’image (position, nature, grandissement).

Correction et démarche : Relation de conjugaison : 1/v − 1/u = 1/f’. Avec u = −30 cm et f’ = +10 cm : 1/v = 1/f’ + 1/u = 1/10 − 1/30 = 2/30, donc v = +15 cm. L’image est réelle et renversée, avec un grandissement G = v/u = 15/(−30) = −0,5. Le piège : la convention de signe algébrique. Selon l’université, la formule s’écrit différemment : vérifiez la convention utilisée dans votre cours avant l’épreuve.

Notions de biophysique à retenir

• Loi de Beer-Lambert : A = ε × l × C, avec les unités, les conditions d’application et le lien avec T et %T
• Thermodynamique : ΔG = ΔH − TΔS, spontanéité, homogénéité des unités J vs kJ
• Équation de Nernst : convention de signe, valence z, température 37°C vs 25°C
• Mécanique des fluides : conservation du débit, Bernoulli, viscosité (loi de Poiseuille)
• Radioactivité : décroissance, calcul de λ, activité en Becquerel
• Optique : lentilles minces, relation de conjugaison, convention algébrique de votre cours
• Statistiques et probabilités : loi normale, intervalle de confiance, tests statistiques

Piège transversal numéro un : les unités. Dans un QCM à plusieurs propositions, une proposition qui donne le bon résultat numérique mais la mauvaise unité est fausse. Entraînez-vous à vérifier l’homogénéité des unités avant de cocher.

Piège transversal numéro deux : dans un QCM à plusieurs propositions, chaque proposition doit être évaluée indépendamment. Cocher « A, C, E » alors que E est fausse peut faire perdre la question, selon le barème de l’université.

Pour s’entraîner sur d’autres questions, voir passia.fr.

Questions sur les exercices de biophysique

Pourquoi convertir les unités avant de calculer ?

Une proposition dont le résultat numérique est juste mais dont l’unité est fausse est une proposition fausse. Convertissez donc les données dans les unités du système international avant de calculer, par exemple les kJ en J, les cm en m et les mmol/L en mol/L. Vérifiez ensuite l’unité du résultat final avant de cocher.

Comment passer de l’absorbance à la transmittance ?

La transmittance se déduit de l’absorbance par T = 10^(−A). Pour A = 0,2, on obtient T ≈ 0,63, soit 63 %. La relation A = ε × l × C ne s’applique qu’en solution diluée et en lumière monochromatique.

Comment calculer le nombre d’atomes restants après plusieurs demi-vies ?

On divise le temps écoulé par la demi-vie pour obtenir le nombre n de demi-vies, puis on applique N = N₀ × (1/2)ⁿ. Dans l’exercice 5, 24 h correspondent à 4 demi-vies de 6 h, d’où N = 10⁸ / 16 = 6,25 × 10⁶ atomes. Le temps et la demi-vie doivent être exprimés dans la même unité.

Quelle convention de signe adopter pour la relation de conjugaison d’une lentille ?

Les conventions varient d’un cours à l’autre : certaines écrivent 1/v − 1/u = 1/f’, d’autres utilisent d’autres notations pour la position de l’objet et de l’image. Dans l’exercice 6, l’objet réel est à u = −30 cm, ce qui donne une image réelle à v = +15 cm. Utilisez toujours la convention de votre cours et vérifiez le signe du résultat pour déterminer la nature de l’image.

Comment savoir si une réaction est spontanée ?

Une réaction est spontanée lorsque ΔG est négatif, avec ΔG = ΔH − T × ΔS. Dans l’exercice 2, ΔG = −19 kJ/mol à 310 K : la réaction est donc spontanée. Convertissez ΔS en kJ/(mol × K) ou ΔH en J/mol avant de combiner les deux termes.

Fiche rédigée par l’équipe d’Annales PASS.