Bilan énergétique d'un être humain

[RomVi]

Bonjour à tous

Par curiosité je me suis livré à un petit calcul:
Au repos nous expulsons environ 0.5l à chaque respiration
A raison de 12 inspirations/expirations par minutes cela fait environ 6 litres (6.72 grammes)
A raison de 4% de CO2 dans l'air expiré cela fait environ 0.27g dO2, soit 0.074g de carbone pur

Le PCI du carbone pur est de 27 kJ/g, soit 2 kJ par minute, soit 33W en moyenne, on est environ au tiers de la puissance moyenne d'un homme au repos, et j'ai pris un cas très majorant (combustion de carbone pur, alors que celui ci est sous forme de sucres, de graisses, de protéines, qui ont un PCI plus faible).

Pouvez vous me dire d'où vient mon erreur de raisonnement ?
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[aymericdp]

Le catabolisme des nutriments ne correspond pas à une combustion de carbone directement avec du dioxygène. Il y a beaucoup plus d'étapes que cela. Les calorimètres utilusent des algorithmes complexes pour tenir compte du fait que les glucides et les lipides n'ont pas le même rendement énergétiques et sont oxydés néanmoins en même temps en proportions variables.

[Amanuensis]

Une partie de l'oxygène ressort en eau, H2O/

Les réducteurs incluent les glucides, (CH2O)n, qui effectivement laissent penser que c'est le carbone qui est brûlé.

Mais les lipides sont aussi une source importante de réducteur fournie par l'alimentation, et la formule est plus proche de (CH2)n, ce qui demande pour brûler 3/2 O2 par carbone, soit 50% de plus que pour les glucides...

[Amanuensis]

Mais cela ne donne pas le facteur trois manquant.

Quand on prend 17 kJ par gramme de glucose (et 37 kJ pour les lipides), on retrouve une valeur par mole qui est cohérente.

Et les 100 W correspondent à 8.6 MJ par jour, pas loin des 8.4 usuels en nutrition.

Et l'ensemble est cohérent avec la consommation typique en glucides et lipides : pas de place pour un facteur 3.

Ce qui laisse penser que l'hypothèse erronée est la quantité de CO2 rejetée dans l'atmosphère.

[A voir en vidéo sur Futura]

[MissJenny]

Dans le bilan énergétique d'un être humain il ne faut pas oublier le bilan radiatif ni l'évaporation de l'eau.

[Deedee81]

Salut,

Dans le bilan énergétique d'un être humain il ne faut pas oublier le bilan radiatif ni l'évaporation de l'eau.

Et de même l'air expulsé qui est chaud et humide (bon je pensais juste à ça, je ne sais pas si ça intervient de manière capitale)

[aymericdp]

Est-ce que vous tenez compte également du fait que les nutriments ne sont pas oxydés directement en CO2, mais par une cascade d’intermédiaires le long de la chaîne respiratoire qui permet de générer de l’énergie par gradient électrochimique ?

Parce que si on se limite à la mesure des CO2 obtenus, ceux-ci ne correspondent qu’à trois réactions seulement dans le cycle de Krebs. Donc cela exclue le NADH issue de l’oxydation de l’isocitrate en oxalosuccinate, le FADH2 issue de l’oxydation du succinate en fumarate, et le NADH du malate à l’OAA. Et j’oublie peut-être d’autres étapes.

Et au final l’énergie libérée par le corps sera l’énergie libérée par l’ATP, lui-même formé grâce au gradient de concentration généré par la chaîne respiratoire, donc les H+, donc les NAD/FAD, qui ne correspondent pas tous à une libération de CO2.

[aymericdp]

Un exemple d’article sur le sujet : https://ccforum.biomedcentral.com/ar...054-018-2108-8

[Amanuensis]

L'auteur de la question ne s'occupe pas vraiment du bilan énergétique, à bien lire.

Il ne parle pas du travail mécanique.

Les 100 W correspondent de l'oxydo-réduction des aliments par le dioxygène, et couvrent toutes les sorties, travail mécanique, bilan thermique, inclues.

Le rendement mécanique d'un humain dans la journée n'est d'ailleurs pas facile à définir. Il est en général à peu près nul ! On peut parler du rendement ponctuel, lors d'efforts, par exemple. Et cela peut être bien plus de 100 W.

Il ne s'intéresse pas non plus aux intermédiaires, genre ATP, et/ou aux pertes thermiques venant de toutes les réactions qui mènent des nutriments, comme glucides et lipides, à l'ATP.

[RomVi]

Bonjour à tous et merci pour vos réponses.

Dans le bilan énergétique d'un être humain il ne faut pas oublier le bilan radiatif ni l'évaporation de l'eau.

Le mode de transfert a assez peu d'importance ; je m’intéresse au bilan énergie global.
Pour faire une comparaison c'est un peu comme si on brûlait un bout de bois dans un poêle, et que l'on sache que celui ci va produire 1000W pendant 5 heures.
Peu importe qu'il y ai une casserole pleine d'eau posée dessus (échange par évaporation) ou que la chaleur soit échangée par convection ou rayonnement, dans tous les cas on retombe sur la quantité d’énergie attendue en faisant la somme (en admettant que cette hypothèse soit juste bien évidement).

Est-ce que vous tenez compte également du fait que les nutriments ne sont pas oxydés directement en CO2, mais par une cascade d’intermédiaires le long de la chaîne respiratoire qui permet de générer de l’énergie par gradient électrochimique ?

Je vais prendre la même comparaison : Quand on brûle un bout de bois il se produit un grand nombre de réactions : On produit des alcools, des acides, des aldéhydes...Mais au final tout ceci fini par brûler, et il ne sort que de l'eau et du CO2. La même chose se produit dans le corps, on entre des glucides, protides, lipides, et on sort du CO2, de l'eau, et un peu d'urée provenant des protides.

Ce qui laisse penser que l'hypothèse erronée est la quantité de CO2 rejetée dans l'atmosphère.

C'est en effet l’hypothèse la plus plausible, mais quelle est la valeur erronée ?

J'ai suivi une autre approche, que je poste ici pour avoir votre avis : Plusieurs sources annoncent 700 à 900g de CO2 rejeté par jour pour un adulte moyen, alors que je trouvais 0.27 * 60 * 24 = 390g. Effectivement ça ne colle pas.

On peut tenter de raisonner sur le bilan carbone d'une alimentation standard (62g de protides, 145g de lipides, 207g de glucides, soit 2500kcal, apport recommandé pour un homme adulte).
Les protides contiennent 53% de C, soit 32.7g, dont 2g terminent sous forme d'urée.
les glucides en contiennent 40%, soit 83g de C.
les lipides 77%, soit 111g de C.

On arrive à un total de 224.5g de carbone, ou 830g de CO2. La valeur est cohérente avec ce que l'on peut trouver sur différentes sources en ligne.
Reprenons les valeurs de mon post initial : 12 respirations par minute, soit 17 280 respiration par jour.
Chaque respiration doit expulser 830 / 17280 = 0.048 g de CO2
Etant donné que le gaz rejeté en contient 4% (je suis assez confiant dans cette valeur) une respiration moyenne devrait alors correspondre à 1.2g de gaz, soit environ 1 litre.

Il y a tout de même une incohérence quelque part, sachant que le volume moyen au repos est donné pour 0.5l (moitié moins).

[MissJenny]

il y a d'autres façons d'excréter du carbone que par la respiration.

[RomVi]

Oui, mais dans ce cas il s'agit de carbone qui n'est pas assimilable, fibres, cellulose etc.
Je n'ai pris en compte que la matière assimilable dans mon bilan.

[aymericdp]

On peut tenter de raisonner sur le bilan carbone d'une alimentation standard (62g de protides, 145g de lipides, 207g de glucides, soit 2500kcal, apport recommandé pour un homme adulte).

Tout dépend de ce qu’on appelle "standard". Les recommandations sont établies pour couvrir les besoins de 98% de la population, ce qui signifie que l’immense majorité a une dépense énergétique inférieure, voire très inférieure à ça. En tant que diet j’ai vu beaucoup d’hommes à 2000kcal, c’est très courant. J’imagine que dans le cadre de votre calcul il faut surtout que les 700 à 900g de CO2 rejetés correspondent bien à un tel apport alimentaire, qui correspond plutôt à celui d’un sportif. Or la quantité de CO2 dépend aussi fortement de l’activité physique...

Les protides contiennent 53% de C, soit 32.7g, dont 2g terminent sous forme d'urée.
les glucides en contiennent 40%, soit 83g de C.
les lipides 77%, soit 111g de C.

C’est quand même à prendre avec des pincettes non ? Entre une molécule d’amylopectine et une molécule de glucose, ou bien entre un acide butyrique et un DHA, ça fait quand même une sacrée différence en quantités de carbone, non ?

Et puis il y a aussi les 12 respirations par minute, là encore ça doit varier énormément d’une personne à l’autre et d’un moment à l’autre de la journée. Au total ça fait quand même de très grosses approximations cumulées.

Pour le reste j’avoue ne pas y comprendre grand chose (notamment quand vous parlez de puissance de l’homme au repos), n’ayant jamais appris ces chapitres-là dans mon cursus qui est resté très basique en bioénergétique, mais j’espère que vous trouverez la solution, qui m’intéresse.

[Amanuensis]

Pour le reste j’avoue ne pas y comprendre grand chose (notamment quand vous parlez de puissance de l’homme au repos), n’ayant jamais appris ces chapitres-là dans mon cursus qui est resté très basique en bioénergétique, mais j’espère que vous trouverez la solution, qui m’intéresse.

"diet", c'est pour diététicien ?

[RomVi]

Tout dépend de ce qu’on appelle "standard". Les recommandations sont établies pour couvrir les besoins de 98% de la population, ce qui signifie que l’immense majorité a une dépense énergétique inférieure, voire très inférieure à ça. En tant que diet j’ai vu beaucoup d’hommes à 2000kcal, c’est très courant. J’imagine que dans le cadre de votre calcul il faut surtout que les 700 à 900g de CO2 rejetés correspondent bien à un tel apport alimentaire, qui correspond plutôt à celui d’un sportif. Or la quantité de CO2 dépend aussi fortement de l’activité physique...

C’est quand même à prendre avec des pincettes non ? Entre une molécule d’amylopectine et une molécule de glucose, ou bien entre un acide butyrique et un DHA, ça fait quand même une sacrée différence en quantités de carbone, non ?

Et puis il y a aussi les 12 respirations par minute, là encore ça doit varier énormément d’une personne à l’autre et d’un moment à l’autre de la journée. Au total ça fait quand même de très grosses approximations cumulées.

Pour le reste j’avoue ne pas y comprendre grand chose (notamment quand vous parlez de puissance de l’homme au repos), n’ayant jamais appris ces chapitres-là dans mon cursus qui est resté très basique en bioénergétique, mais j’espère que vous trouverez la solution, qui m’intéresse.

Effectivement j'ai du prendre certaines hypothèses, on a guère le choix quand on aborde ce genre de problème.
Mes chiffres sont ceux que j'ai trouvé en faisant des recherches en ligne, mais ils peuvent être ajustés.
En ce qui concerne le rapport carbone dans les protides, glucides, lipides c'est par contre quelque chose d'assez normé, et correspond à une alimentation "normale"

[aymericdp]

"diet", c'est pour diététicien ?

Oui c'est ça. Le programme se limitait aux notions nécessaires pour pouvoir comprendre et assimiler les divers métabolismes, mais mis à part quelques chiffres pour montrer pourquoi telle ou telle réaction est irréversible, très peu de données chiffrées au final, donc je trouve la question aussi dépaysante qu'intéressante.