Chapitre 2 — Compartiments liquidiens · Topic 1 : Solutions biologiques · Leçon 1.3
Les mouvements d’eau dans l’organisme ne sont pas aléatoires : ils obéissent à des forces mesurables. La pression osmotique gouverne les échanges d’eau à travers les membranes semi-perméables, et la pression oncotique — cas particulier lié aux protéines — maintient l’eau dans les vaisseaux. Cette leçon pose les lois physiques fondamentales qui sous-tendent ces phénomènes.
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- décrire le phénomène d’osmose et ses conditions ;
- énoncer et appliquer la loi de Van’t Hoff ;
- calculer une pression osmotique à partir de l’osmolalité efficace ;
- définir la pression oncotique et son rôle dans le plasma ;
- expliquer les propriétés colligatives (cryoscopie, ébullioscopie).
🧭 Plan de la leçon
- Le phénomène d’osmose
- Loi de Van’t Hoff et pression osmotique
- Pression oncotique : le cas du plasma
- Propriétés colligatives : cryoscopie et ébullioscopie
1. Le phénomène d’osmose
L’osmose est le transport diffusif du solvant (l’eau) à travers une membrane hémiperméable (= semi-perméable), c’est-à-dire une membrane qui laisse passer l’eau mais pas les solutés.
Le principe est le suivant :
- Deux compartiments de concentrations osmolales différentes sont séparés par une membrane hémiperméable.
- L’eau diffuse du compartiment le moins concentré (hypotonique) vers le plus concentré (hypertonique), pour tendre à l’égalisation des concentrations.
- Le moteur est le mouvement brownien (agitation thermique) des molécules d’eau.
- La loi de Fick s’applique aux molécules d’eau : le flux diffusif dépend de la différence d’osmolalité.
Le débit osmotique s’écrit :
QD = R · T · LH · S · (Cosm1 − Cosm2)
R : constante des gaz parfaits (8,31 J·mol−1·K−1) · T : température (K) · LH : perméabilité hydraulique (m2·s·kg−1) · S : surface d’échange (m2) · ΔCosm : différence d’osmolalité en osmol/m3.
Simultanément, l’entrée d’eau dans le compartiment le plus concentré augmente son volume et crée une surpression. Apparaît alors un débit de filtration (convection) en sens opposé, dû à la différence de pression :
QF = LH · S · (P1 − P2)
2. Loi de Van’t Hoff et pression osmotique
La pression osmotique (π) est la surpression qui s’oppose au flux osmotique. À l’équilibre, elle annule exactement le flux d’eau (Qnet = 0).
π = R · T · ΔCosm,efficace
π en Pa · R = 8,31 J·mol−1·K−1 · T en K · ΔCosm,efficace = différence d’osmolalité des solutés non diffusibles (bloqués par la membrane), en osmol/m3 (rappel : 1 osmol/m3 = 1 mosmol/L).
Seuls les solutés qui ne traversent pas la membrane sont comptés dans le calcul de la pression osmotique. L’urée, qui diffuse librement, a une osmolalité efficace nulle. Si tous les solutés diffusent librement, la pression osmotique est nulle, même si l’osmolalité totale est élevée.
Deux situations d’équilibre
L’équilibre est atteint de deux manières possibles :
- Volumes fixes (compartiments rigides) : la pression osmotique persiste à l’équilibre (π = ΔP).
- Volumes variables (compartiments déformables, sans ΔP) : les concentrations s’égalisent → Cosm1 = Cosm2 et π = 0.
Complément hors cours. Jacobus Henricus Van’t Hoff reçut le tout premier prix Nobel de chimie (1901) pour ses travaux sur l’osmose et la thermodynamique des solutions. Il montra l’analogie entre le comportement des solutés dilués et celui des gaz parfaits — d’où la constante R dans la formule.
3. Pression oncotique : le cas du plasma
La pression oncotique est la pression osmotique exercée spécifiquement par les protéines (macromolécules) du plasma. Elle porte un nom distinct parce que :
- la membrane capillaire (membrane dialysante) est perméable aux petits solutés (Na+, K+, glucose, urée) mais imperméable aux protéines ;
- seules les protéines créent donc une différence d’osmolalité efficace entre le plasma et le milieu interstitiel ;
- la pression oncotique maintient l’eau dans les vaisseaux.
πoncotique = R · T · Cosm(protéines)
C’est une pression osmotique « de protéines ». On considère que la concentration en protéines dans le milieu interstitiel est quasi nulle (Cprot,interstitiel ≈ 0), donc la pression oncotique s’assimile directement à R·T·Cprot,plasma.
Valeur physiologique : π ≈ 3,5 kPa (≈ 25 mmHg).
Complément hors cours. L’albumine (environ 40 g/L) assure à elle seule 80 % de la pression oncotique plasmatique. Une hypoalbuminémie (syndrome néphrotique, dénutrition, insuffisance hépatique) entraîne une chute de la pression oncotique et des œdèmes généralisés par défaut de réabsorption capillaire.
Types de membranes biologiques
Le type de membrane détermine quels solutés contribuent à la pression osmotique :
| Type de membrane | Perméabilité | Exemple |
|---|---|---|
| Perméable | Laisse passer solvant et solutés | — |
| Hémiperméable | Perméable à l’eau, imperméable à tous les solutés (micro- et macromolécules) | Membrane de dialyse idéale |
| Dialysante (sélective) | Perméable à l’eau et aux micromolécules, imperméable aux macromolécules au-dessus d’une certaine taille | Paroi des capillaires sanguins |
La paroi capillaire est dialysante (et non hémiperméable) : les petits ions traversent librement. Seules les protéines sont retenues. C’est pourquoi, à travers la paroi capillaire, seule la pression oncotique (due aux protéines) exerce un effet osmotique — les petits solutés s’équilibrent de part et d’autre.
4. Propriétés colligatives : cryoscopie et ébullioscopie
Les propriétés colligatives (colligatus = ensemble, colligere = dénombrer) sont les propriétés physiques du solvant modifiées par la présence du soluté. Elles permettent de dénombrer les osmoles en solution.
Abaissement cryoscopique
Le point de congélation d’une solution est inférieur à celui du solvant pur (loi de Raoult) :
Δθ = −Kc · Cosmolale (solution idéale)
Kc,eau = 1,86 °C·kg·osmol−1 (constante cryoscopique de l’eau).
Pour une solution réelle (comme le plasma) : Δθ = −Kc · γ · Cosmolale, où γ est le coefficient d’activité osmotique.
Application clinique : l’osmomètre mesure l’osmolalité par abaissement du point de congélation. Le plasma congèle à environ −0,56 °C (et non 0 °C), ce qui correspond à ≈ 300 mosmol/kg.
Augmentation ébullioscopique
Le point d’ébullition d’une solution est supérieur à celui du solvant pur :
Δθéb = Kéb · Cosmolale Kéb,eau = 0,51 °C·kg·osmol−1
En résumé, les osmoles dissoutes stabilisent le solvant dans sa phase liquide : elles rendent la congélation plus difficile et l’ébullition plus tardive.
Complément hors cours. Le salage des routes en hiver exploite l’abaissement cryoscopique : le sel abaisse le point de congélation de l’eau et empêche la formation de verglas. De même, une casserole d’eau salée mettra légèrement plus de temps à bouillir qu’une casserole d’eau pure (augmentation ébullioscopique).
La cryoscopie mesure essentiellement les petites molécules : la contribution des grosses macromolécules (protéines) à l’osmolalité totale est négligeable en nombre d’osmoles (elles sont peu nombreuses par rapport aux ions). C’est pourquoi la cryoscopie est une bonne mesure de l’osmolalité « totale » mais pas de la pression oncotique.
🧠 À retenir absolument
- Osmose : diffusion d’eau du milieu le moins concentré vers le plus concentré, à travers une membrane hémiperméable.
- Loi de Van’t Hoff : π = R·T·ΔCosm,efficace. Seuls les solutés non diffusibles comptent.
- Pression oncotique : pression osmotique des protéines plasmatiques (≈ 3,5 kPa). Maintient l’eau dans les vaisseaux.
- Membrane hémiperméable (eau seule) vs dialysante (eau + micromolécules, pas les macromolécules).
- Abaissement cryoscopique : Δθ = −Kc·Cosmolale (Kc,eau = 1,86 °C·kg·osmol−1).
- Augmentation ébullioscopique : Kéb,eau = 0,51 °C·kg·osmol−1.
- Les osmoles stabilisent le solvant en phase liquide.
❓ Questions fréquentes
Quelle est la différence entre pression osmotique et pression oncotique ?
La pression osmotique est le terme général pour la surpression créée par les solutés non diffusibles. La pression oncotique en est un cas particulier : c’est la pression osmotique exercée par les protéines du plasma, à travers la paroi capillaire (membrane dialysante). Les petits solutés traversent la paroi et ne contribuent pas.
Pourquoi l’urée ne crée-t-elle pas de pression osmotique ?
Parce que l’urée diffuse librement à travers les membranes cellulaires. Elle s’équilibre de part et d’autre, si bien que sa contribution à l’osmolalité efficace (ΔC) est nulle. La pression osmotique ne dépend que des solutés qui restent bloqués d’un côté de la membrane.
Comment la cryoscopie mesure-t-elle l’osmolalité ?
L’osmomètre refroidit progressivement un échantillon et mesure la température à laquelle il se solidifie. L’abaissement par rapport à 0 °C est directement proportionnel à l’osmolalité (Δθ = −Kc × Cosmolale). Pour le plasma : congélation vers −0,56 °C ≈ 300 mosmol/kg.
Dans la loi de Van’t Hoff, en quelles unités faut-il exprimer la concentration ?
En osmol/m³ (unité SI). Comme 1 mosmol/L = 1 osmol/m³, la conversion est directe à partir de la valeur en mosmol/L. C’est un piège courant en exercice : il ne faut pas oublier de convertir si les concentrations sont données en osmol/L.
Pourquoi une hypoalbuminémie provoque-t-elle des oedèmes ?
L’albumine assure environ 80 % de la pression oncotique plasmatique, qui retient l’eau dans les vaisseaux. Quand sa concentration chute (syndrome néphrotique, dénutrition, insuffisance hépatique), la pression oncotique diminue et l’eau filtre en excès vers le milieu interstitiel, provoquant des oedèmes généralisés.
🚀 Pour aller plus loin
Tu connais les forces osmotiques. Découvre comment elles agissent concrètement dans les compartiments :
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.