À la fin de cette leçon, tu sauras :
- Décrire les phases du potentiel d’action et les mouvements ioniques associés
- Définir le seuil de dépolarisation
- Énoncer et démontrer la loi du tout ou rien
- Mobiliser des expériences (Adrian 1914, Hodgkin-Huxley)
1. Qu’est-ce qu’un potentiel d’action ?
Un potentiel d’action (PA) est une inversion brutale et transitoire du potentiel membranaire d’un neurone, qui se propage le long de l’axone. C’est le « message électrique » du système nerveux, le « langage » de base avec lequel les neurones communiquent.
Caractéristiques d’un PA :
- Durée très brève : ~1 à 2 ms
- Amplitude importante : ~100 mV (de –70 mV à +30 mV)
- Forme stéréotypée (toujours la même)
- Se propage le long de l’axone à vitesse constante (sans s’atténuer)
2. Les phases du potentiel d’action
On distingue plusieurs phases successives :
Phase 1 — Dépolarisation rapide (montée) :
- Le potentiel monte rapidement de –70 mV à environ +30 mV
- Mécanisme : ouverture des canaux Na+ voltage-dépendants
- Le Na+ (concentré dehors) entre massivement → l’intérieur devient positif
- Durée : ~0,5 ms
Phase 2 — Repolarisation (descente) :
- Le potentiel redescend rapidement vers le repos
- Mécanisme : fermeture des canaux Na+ + ouverture des canaux K+ voltage-dépendants
- Le K+ (concentré dedans) sort massivement → l’intérieur redevient négatif
- Durée : ~1 ms
Phase 3 — Hyperpolarisation transitoire :
- Le potentiel descend brièvement plus bas que –70 mV (~–80 mV)
- Mécanisme : les canaux K+ se ferment lentement, sortie excessive de K+
- Durée : quelques ms
Phase 4 — Retour au repos :
- Restauration du potentiel à –70 mV
- Mécanisme : pompe Na+/K+ ATPase qui rétablit l’asymétrie ionique en consommant de l’ATP
3. Schéma synthétique des mouvements ioniques
| Phase | Potentiel | Ion entrant ou sortant | Canal impliqué |
|---|---|---|---|
| Repos | –70 mV | K+ sort lentement (fuite) | Canaux K+ de fuite |
| Dépolarisation | –70 → +30 mV | Na+ entre massivement | Canaux Na+ voltage-dépendants |
| Repolarisation | +30 → –70 mV | K+ sort massivement | Canaux K+ voltage-dépendants |
| Hyperpolarisation | –70 → –80 mV | K+ continue de sortir | Canaux K+ encore ouverts |
| Retour repos | –80 → –70 mV | Restauration par pompe ATPase | Na+/K+ ATPase |
Astuce simple pour Terminale : « Na+ entre = dépolarisation. K+ sort = repolarisation. » Tout le reste se déduit. Pas besoin de maîtriser les canaux dans le détail.
4. Le seuil de dépolarisation
Pour qu’un PA se déclenche, il faut que la dépolarisation initiale (causée par un stimulus ou par des PPSE) atteigne une valeur critique : le seuil de dépolarisation, autour de –55 mV.
Mécanisme : les canaux Na+ voltage-dépendants ne s’ouvrent que si le potentiel atteint le seuil. Une fois le seuil franchi, leur ouverture devient explosive (rétroaction positive), produisant la dépolarisation complète du PA.
En dessous du seuil : pas assez de canaux Na+ ouverts, le potentiel revient au repos. Le « PA » avorte avant même de naître.
5. La loi du tout ou rien
Loi du tout ou rien (Adrian, 1914) :
- Si le stimulus dépasse le seuil → un PA complet se déclenche, toujours avec la même amplitude, la même durée, la même forme
- Si le stimulus ne dépasse pas le seuil → aucun PA
- Pas d’intermédiaire possible
Edgar Adrian, neurophysiologiste britannique, démontre cette loi sur fibres nerveuses isolées. Prix Nobel 1932 (partagé avec Sherrington). Loi fondamentale du fonctionnement nerveux.
6. Conséquence : un PA est stéréotypé
Quelle que soit l’intensité du stimulus (s’il dépasse le seuil), le PA déclenché est identique :
- Stimulus léger (juste au-dessus du seuil) : PA standard
- Stimulus moyen : PA standard
- Stimulus fort : PA standard
Une question s’impose : comment alors le système nerveux fait-il pour distinguer un stimulus faible d’un stimulus fort ? La réponse est dans le codage en fréquence, qu’on étudiera dans la leçon 2.1 du Topic 2.
7. Période réfractaire
Pendant et juste après un PA, le neurone ne peut pas immédiatement déclencher un autre PA :
- Période réfractaire absolue (~1 ms après le pic) : aucun PA possible, quel que soit le stimulus. Les canaux Na+ sont inactivés.
- Période réfractaire relative (quelques ms suivantes) : un PA peut être déclenché mais demande un stimulus plus fort que d’habitude
Ces périodes limitent la fréquence maximale des PA dans un neurone (typiquement 500-1000 Hz).
8. Une seconde démonstration : la propagation
Un PA déclenché dans une zone de l’axone se propage proche en proche jusqu’à l’extrémité, sans s’atténuer. Sur un axone myélinisé, la propagation est saltatoire (saute de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier) → très rapide.
La propagation sera étudiée plus en détail au Topic 2.
9. Une expérience pour démontrer le tout ou rien
Protocole simplifié :
- Sur un axone isolé, on applique des stimulations électriques d’intensité croissante
- On enregistre le potentiel membranaire avec une microélectrode
- Résultat :
- Stimulus très faible : petite dépolarisation locale, qui s’éteint. Pas de PA.
- Stimulus de plus en plus fort : la dépolarisation augmente. Toujours pas de PA tant que le seuil n’est pas franchi.
- Stimulus atteignant le seuil : un PA complet apparaît, toujours identique.
- Stimulus très fort : un PA identique, pas plus grand. C’est la loi du tout ou rien.
10. Indice / cause / exemple — potentiel d’action
- Indice : inversion brutale du potentiel membranaire de –70 mV à +30 mV en ~1 ms, suivi d’un retour
- Cause : ouverture séquentielle des canaux Na+ (entrée Na+ = dépolarisation) puis K+ (sortie K+ = repolarisation), au-delà du seuil de –55 mV
- Exemple : enregistrement classique de PA sur axone géant de calmar (Hodgkin-Huxley 1952)
Ce qu’il faut retenir
- Le PA est une inversion brutale (–70 → +30 mV) et transitoire (~1-2 ms) du potentiel membranaire
- Phases : dépolarisation (Na+ entre) → repolarisation (K+ sort) → hyperpolarisation → retour repos
- Astuce : « Na+ entre = dépolarise ; K+ sort = repolarise »
- Seuil de dépolarisation ~ –55 mV : à franchir pour déclencher un PA
- Loi du tout ou rien (Adrian 1914, Nobel 1932) : PA complet ou pas de PA. Pas d’intermédiaire.
- Un PA est stéréotypé : même forme quel que soit le stimulus (qui dépasse le seuil)
- Période réfractaire absolue (~1 ms) + relative (quelques ms) : limite la fréquence maximale
- Le PA se propage le long de l’axone sans s’atténuer (Topic 2)
🤖 Synthèse rédigée avec assistance IA à partir des cours universitaires et de sources académiques de référence.
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