Électricité de base, fréquence et signaux (ECG, EMG)

Les capteurs (ergomètres, cardiofréquencemètres, électromyographie) fournissent des signaux électriques. Comprendre quelques grandeurs permet de lire correctement un enregistrement.

Courant, tension, résistance

Intensité I (ampère, A) : charge Q qui traverse un conducteur par seconde, I = Q / t.
Tension U (volt, V) : différence de potentiel électrique.
Loi d'Ohm : U = R I, avec R la résistance en ohms (Ω).
Puissance électrique : P = U I = R I².

Une résistance de 100 Ω traversée par 20 mA (0,02 A) présente une tension de 2 V et dissipe 0,04 W. En série, les résistances s'additionnent (R = R₁ + R₂) ; en parallèle, 1/R = 1/R₁ + 1/R₂. Les signaux biologiques sont très faibles : un ECG a une amplitude d'environ 1 mV, un EMG de surface quelques centaines de µV à quelques mV.

Période et fréquence

Un phénomène périodique se répète toutes les T secondes (période). Sa fréquence est f = 1 / T, en hertz (Hz). Un cœur à 75 bpm bat 1,25 fois par seconde (1,25 Hz), avec une période de 0,8 s. Un signal sinusoïdal s'écrit A sin(2π f t) ; l'alimentation du réseau électrique en France est à 50 Hz, ce qui explique le « bruit de secteur » à 50 Hz sur certains enregistrements.

Lire un ECG

Sur un papier d'ECG usuel défilant à 25 mm/s, un petit carreau de 1 mm dure 0,04 s et un grand carreau de 5 mm dure 0,2 s. Verticalement, 1 mm correspond à 0,1 mV (à étalonnage standard), donc 10 mm font 1 mV. Si deux ondes R consécutives sont séparées de 4 grands carreaux, l'intervalle RR vaut 0,8 s et la fréquence cardiaque 60 / 0,8 = 75 bpm. La règle rapide FC ≈ 300 / (nombre de grands carreaux entre deux R) découle directement de ce calcul. La fréquence cardiaque de repos de l'adulte est généralement comprise entre 60 et 100 bpm ; les valeurs plus basses sont fréquentes chez l'athlète d'endurance. Toute interprétation clinique relève d'un professionnel de santé.

Échantillonnage

Un capteur numérique mesure à intervalles réguliers : à 1 000 Hz il enregistre un point par milliseconde. Le théorème de Shannon-Nyquist impose une fréquence d'échantillonnage supérieure à deux fois la fréquence maximale du signal : un EMG de surface dont l'énergie utile s'étend jusqu'à environ 500 Hz demande donc plus de 1 000 Hz (en pratique 1 000 à 2 000 Hz, avec une marge). Un échantillonnage trop faible crée du repliement spectral (aliasing).

Décibels

Le rapport signal/bruit s'exprime souvent en décibels : 20 log₁₀(A_signal / A_bruit) pour des amplitudes. Un rapport d'amplitude de 100 correspond à 40 dB.

🎯 À retenir

Loi d'Ohm : U = RI ; puissance P = UI.
f = 1/T ; 1 bpm = 1/60 Hz.
ECG à 25 mm/s : petit carreau 0,04 s, grand carreau 0,2 s.
FC (bpm) = 60 / intervalle RR (s) ≈ 300 / grands carreaux.
Échantillonnage : fe > 2 × fréquence maximale du signal.
Rapport d'amplitudes de 100 = 40 dB.

U = R · I

Loi d'Ohm

U : tension (V)
R : résistance (Ω)
I : intensité (A)

📌 100 Ω et 0,02 A : 2 V.

FC (bpm) = 60 / RR (s)

Fréquence cardiaque depuis l'intervalle RR

RR : intervalle entre deux ondes R

📌 RR = 0,8 s : 75 bpm.

f = 1 / T

Période et fréquence

T : période (s)
f : fréquence (Hz)

📌 T = 0,8 s : f = 1,25 Hz.

⚠️ Erreurs fréquentes

Oublier de vérifier la vitesse de défilement (25 ou 50 mm/s) avant de calculer la fréquence.
Confondre bpm (par minute) et Hz (par seconde).
Échantillonner un signal à une fréquence trop faible.

Pour s'entraîner

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