Chapitre 2 — Électrophysiologie cellulaire · Topic 1 : Transports ioniques et potentiel de membrane · Leçon 1.3
À partir du potentiel d’équilibre de Nernst, on peut construire l’expression du courant électrodiffusif total d’un ion et comprendre dans quel sens il traverse la membrane selon le potentiel appliqué. Cette formule est la clé pour analyser le comportement de chaque ion lors du potentiel de repos et du potentiel d’action.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Exprimer le courant électrique pur Ie,i en fonction de la conductance et de ΔV ;
- Écrire et interpréter l’expression du courant électrodiffusif total Ii ;
- Déterminer le sens du courant selon la comparaison de ΔV et Véq,i ;
- Utiliser le tableau récapitulatif des flux pour analyser toute situation ionique.
🧭 Plan de la leçon
- Courant électrique pur (Ie,i)
- Courant électrodiffusif total (Ii)
- Analyse selon ΔV vs Véq
- Tableau récapitulatif des flux
1. Courant électrique pur (Ie,i)
Le courant électrique pur est celui qui serait généré par le seul flux électrique, sans diffusion. Il s’exprime comme :
Ie,i = −σi · S · ΔV / L = zi · F · Je,i
- σi = conductivité ionique de l’ion i dans la membrane (S·m⁻¹)
- S = surface membranaire (m²)
- ΔV = V2 − V1 = différence de potentiel appliquée
- L = épaisseur de la membrane (m)
Rappel des sens :
- Cation (z > 0) : courant de même sens que Je.
- Anion (z < 0) : courant de sens opposé à Je.
2. Courant électrodiffusif total (Ii)
Le courant électrodiffusif total intègre les deux composantes (électrique + diffusion). Il s’exprime en fonction du potentiel d’équilibre de Nernst Véq,i :
Ii = zi · F · (Je,i + Jd,i) = −γi · S · (ΔV − Véq,i)
- γi = conductance ionique surfacique de la membrane pour l’ion i (S·m⁻²)
- (ΔV − Véq,i) = « force motrice » nette agissant sur l’ion
Cette formule est fondamentale : le courant est nul quand ΔV = Véq,i (l’ion est à son potentiel d’équilibre). Il est non nul dès que le potentiel de membrane s’écarte de Véq,i.
Dans la réalité biologique, la conductance γi varie selon l’état d’ouverture des canaux ioniques. Lors du potentiel d’action, l’ouverture soudaine des canaux Na⁺ voltage-dépendants augmente brutalement γNa : le terme −γNa·S·(ΔV − Véq,Na) devient grand et positif (Na⁺ entre massivement). C’est le modèle de Hodgkin-Huxley, qui sera détaillé dans le Topic 3.
3. Analyse selon ΔV vs Véq
Le sens du courant dépend de la comparaison entre le potentiel de membrane ΔV et le potentiel d’équilibre Véq,i :
Situation 1 — ΔV = Véq,i :
Jd et Je se compensent exactement. Flux net = 0. Courant net Ii = 0. L’ion est à l’équilibre électrochimique.
Situation 2 — ΔV > Véq,i :
La force électrique domine la force diffusive. Le flux net est dans le sens du flux électrique Je. Pour un cation : le courant est dans le sens de Je (entrant ou sortant selon le signe de ΔV). Pour un anion : le courant est de sens opposé à Je.
Situation 3 — ΔV < Véq,i :
La force diffusive domine la force électrique. Le flux net est dans le sens du flux diffusif Jd.
4. Tableau récapitulatif des flux
Ce tableau (d’après le cours Sorbonne) résume toutes les situations pour un ion :
| Situation | Flux électrique Je | Flux diffusif Jd | Flux net Jéd | Courant (cation) |
|---|---|---|---|---|
| ΔV = Véq | ← (vers −) | ← (vers dilué) | Nul | Nul |
| ΔV > Véq | Je domine | ← (opposé) | Sens Je → | Sens Je |
| ΔV < Véq | ← (faible) | Jd domine | Sens Jd ← | Sens Jd |
Pour les anions : le courant est toujours de sens opposé au flux net.
Pour un anion (Cl⁻, z = −1), le courant électrodiffusif est de sens opposé au flux net. Si Cl⁻ migre de gauche à droite (flux positif), le courant est de droite à gauche (courant négatif au sens électrique). C’est une source fréquente d’erreur aux concours. La formule Ii = zi·F·Jéd,i gère ce renversement automatiquement (z = −1 → le signe s’inverse).
🧠 À retenir absolument
- Courant électrique pur : Ie,i = −σi·S·ΔV/L = zi·F·Je,i.
- Courant électrodiffusif total : Ii = −γi·S·(ΔV − Véq,i).
- Le courant est nul quand ΔV = Véq,i (potentiel de Nernst).
- ΔV > Véq : flux électrique domine → courant dans le sens de Je (pour les cations).
- ΔV < Véq : flux diffusif domine → courant dans le sens de Jd (pour les cations).
- Anions : courant de sens opposé au flux net (z négatif renverse le signe).
- La conductance γi reflète l’ouverture des canaux ioniques ; elle peut varier au cours du temps (base du potentiel d’action).
❓ Questions fréquentes
Quelle est la différence entre le courant électrique pur et le courant électrodiffusif ?
Le courant électrique pur Ie = z·F·Je ne tient compte que du flux électrique (gradient de potentiel). Le courant électrodiffusif total Ii = z·F·(Je + Jd) intègre également le flux diffusif (gradient de concentration). La formule compacte Ii = −γ·S·(ΔV − Véq) fait apparaître la « force motrice nette » (ΔV − Véq) : quand ΔV = Véq, les deux flux se neutralisent et le courant total est nul.
Que signifie (ΔV − Véq,i) dans la formule du courant électrodiffusif ?
Ce terme s’appelle la force motrice (driving force en anglais). Il représente l’écart entre le potentiel de membrane réel (ΔV) et le potentiel pour lequel l’ion serait à l’équilibre (Véq). Plus cet écart est grand, plus le courant est intense. Si ΔV = Véq, la force motrice est nulle et aucun courant net ne circule, même si la membrane est perméable à l’ion.
Comment appliquer cette formule à K⁺ au potentiel de repos (−90 mV) ?
Au repos, ΔV ≈ −90 mV et Véq,K ≈ −90 mV. Donc (ΔV − Véq,K) = −90 − (−90) = 0. Le courant net de K⁺ est nul : K⁺ est exactement à son potentiel d’équilibre. En revanche, pour Na⁺ : (−90) − (+58) = −148 mV. La force motrice est grande et négative, ce qui correspond à une tendance marquée de Na⁺ à entrer dans la cellule — mais au repos, la perméabilité membranaire à Na⁺ est très faible (canaux Na⁺ fermés), donc le courant reste minime.
Pourquoi le courant d’un anion est-il de sens opposé à son flux ?
Par définition physique, le courant électrique est le déplacement de charges positives. Quand un anion (charge négative) se déplace vers la droite, c’est l’équivalent d’un courant de charges positives allant vers la gauche. Le facteur zi dans la formule Ii = zi·F·Jéd prend la valeur −1 pour Cl⁻, renversant automatiquement le signe. C’est pourquoi, pour un courant entrant de Cl⁻ (ions chlorure qui entrent), on observe un courant sortant au sens électrique.
Comment la conductance γi évolue-t-elle lors d’un potentiel d’action ?
Au repos, la conductance membranaire à Na⁺ (γNa) est très faible car les canaux Na⁺ voltage-dépendants sont fermés. Lors d’une dépolarisation dépassant le seuil (≈ −55 mV), ces canaux s’ouvrent brutalement : γNa augmente de plusieurs ordres de grandeur, le courant de Na⁺ entrant dépolarise encore plus la cellule (boucle positive), jusqu’à ce que Vm approche Véq,Na ≈ +58 mV. Ensuite, les canaux Na⁺ s’inactivent et les canaux K⁺ s’ouvrent → repolarisation. C’est l’essence du modèle de Hodgkin-Huxley.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.