Chapitre 1 — Solutions, compartiments liquidiens et transports membranaires · Topic 4 : Propriétés colligatives · Leçon 4.1
L’eau traverse librement la plupart des membranes biologiques. Dès qu’une concentration de soluté diffère de part et d’autre d’une membrane, un flux de solvant apparaît : c’est l’osmose. Comprendre la pression osmotique qui en résulte est indispensable pour saisir l’équilibre des fluides corporels et les conditions d’hémolyse ou de plasmolyse des globules rouges.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Définir les propriétés colligatives et leur origine étymologique ;
- Énoncer et appliquer la loi de Van’t Hoff (π = R·T·ΔCosm,efficace) ;
- Distinguer osmolalité totale et osmolalité efficace, expliquer le rôle de l’urée ;
- Définir la pression oncotique et analyser les effets de la tonicité sur les globules rouges.
🧭 Plan de la leçon
- Propriétés colligatives — définition
- Pression osmotique et loi de Van’t Hoff
- Pression oncotique
- Tonicité et hémolyse des globules rouges
1. Propriétés colligatives — définition
Les propriétés colligatives sont les propriétés d’un solvant lorsqu’il est associé à un soluté (du latin colligatus = réuni ensemble). Elles ne dépendent pas de la nature chimique du soluté, mais uniquement de son nombre de particules dissoutes.
Ces propriétés permettent de dénombrer tout ou partie des solutés présents dans une solution — d’où leur intérêt clinique et biologique.
Les principales propriétés colligatives sont :
- la pression osmotique (π) ;
- l’abaissement cryoscopique (loi de Raoult — leçon 4.3) ;
- l’élévation ébullioscopique ;
- l’abaissement de la pression de vapeur saturante.
2. Pression osmotique et loi de Van’t Hoff
Une membrane hémiperméable laisse passer le solvant mais retient les solutés non diffusibles. Quand les concentrations de soluté diffèrent entre deux compartiments, l’égalisation se fait uniquement par déplacement du solvant : l’eau diffuse du compartiment le moins concentré (2) vers le plus concentré (1).
Ce flux génère une surpression progressive du côté où l’eau s’accumule, qui finit par s’opposer au flux osmotique. À l’équilibre, cette surpression est égale à la pression osmotique π.
- Si les volumes sont fixes : π = ΔP à l’équilibre (pression osmotique non nulle).
- Si ΔP = 0 (membrane déformable) : égalisation des concentrations, pression osmotique nulle.
À l’équilibre, la pression osmotique obéit à la loi de Van’t Hoff :
π = R × T × ΔCosm, efficace
- R : constante des gaz parfaits (8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹) ;
- T : température absolue (K) ;
- ΔCosm, efficace : différence d’osmolalité des solutés non diffusibles entre les deux compartiments, exprimée en osmol·m⁻³ (rappel : 1 osmol·m⁻³ = 1 mosmol·L⁻¹ numériquement).
Si tous les solutés diffusent librement de part et d’autre de la membrane, ΔCosm, efficace = 0 et la pression osmotique est nulle, même si l’osmolalité totale est élevée.
L’urée diffuse librement à travers la plupart des membranes biologiques. Elle n’est donc pas comptabilisée dans l’osmolalité efficace, même si elle contribue à l’osmolalité totale mesurée. C’est pourquoi, en pratique clinique, on distingue :
- Osmolalité totale (mesurée par cryoscopie) : inclut urée, Na⁺, glucose, etc.
- Osmolalité efficace (ou tonicité) : exclut l’urée — c’est elle qui gouverne les mouvements d’eau entre compartiments.
3. Pression oncotique
Dans le plasma sanguin, les protéines (albumine, globulines…) ne traversent pas les parois capillaires : elles sont non diffusibles et exercent donc une pression osmotique appelée pression oncotique (ou pression colloïdo-osmotique).
πoncotique = R × T × Cosm(protéines)
La concentration en protéines est beaucoup plus élevée dans le plasma que dans le milieu interstitiel (Cinterstitiel ≈ 0). Cette asymétrie génère un appel d’eau vers le plasma, qui joue un rôle fondamental dans les échanges liquidiens capillaires (cf. phénomène de Starling, leçon 4.2).
Les petites molécules (Na⁺, Cl⁻, glucose…) traversent librement les pores capillaires et ne contribuent pas à la pression oncotique. Celle-ci est donc bien distincte de la pression osmotique totale.
La pression est au cœur de la biophysique vasculaire. À titre de complément clinique, la mesure de la tension artérielle illustre les notions de pression hydrostatique :
- On gonfle le brassard jusqu’à ce que l’artère soit collabée (aucun flux sonore) ;
- On dégonfle doucement : le premier bruit auscultatoire (bruit de Korotkoff) correspond au moment où l’artère s’ouvre par moments → c’est la pression systolique ;
- La disparition totale des bruits signale que l’artère est ouverte en permanence → c’est la pression diastolique.
4. Tonicité et hémolyse des globules rouges
Les globules rouges (GR) ont une osmolalité intérieure d’environ 300 mosmol/L à l’état normal (forme biconcave). Leur membrane est imperméable au Na⁺ ; le Cl⁻ chargé ne peut pas rentrer seul non plus — il se comporte donc comme imperméable au Cl⁻. En revanche, l’urée diffuse rapidement → osmolalité efficace nulle pour l’urée (non comptabilisée).
| Milieu | Osmolalité efficace | Conséquence sur les GR |
|---|---|---|
| Hypotonique | < 300 mosmol/L | Flux entrant d’eau → turgescence → hémolyse (début 200–300 ; totale < 100) |
| Isotonique | ≈ 300 mosmol/L | Pas de flux d’eau — stabilité de la forme biconcave |
| Hypertonique | > 300 mosmol/L | Flux d’eau sortant → plasmolyse (à 500 mosmol/L : déformation, GR moins mobiles) |
Le comportement face à la pression osmotique dépend également de la nature de la membrane :
- Membrane indéformable : pas de variation de volume — la pression π = ΔP s’établit ; si elle dépasse le seuil de rupture, la membrane éclate.
- Membrane parfaitement déformable : le volume varie librement jusqu’à égalisation des concentrations ; pas de variation de pression hydrostatique.
- Membrane insuffisamment déformable (cas des GR) : le volume augmente jusqu’à une limite, puis une différence de pression hydrostatique s’installe — risque de rupture si la pression est trop grande (hémolyse).
⚠️ Ne jamais perfuser de l’eau pure : extrêmement hypotonique → hémolyse massive.
🧠 À retenir absolument
- Propriétés colligatives = propriétés du solvant modifiées par la présence du soluté, proportionnelles au nombre de particules (pas à leur nature).
- π = R × T × ΔCosm, efficace — concentrations en osmol·m⁻³ (= mosmol·L⁻¹ numériquement).
- Urée : diffuse librement → pas comptabilisée dans l’osmolalité efficace.
- Pression oncotique = π des protéines plasmatiques non diffusibles (albumine, globulines) ; Cinterstitiel(protéines) ≈ 0.
- GR : osmolalité intérieure ≈ 300 mosmol/L. Hypotonique → hémolyse (début 200–300 ; totale < 100). Isotonique → stable. Hypertonique → plasmolyse.
- Ne jamais perfuser d’eau pure : très hypotonique → hémolyse.
❓ Questions fréquentes
Quelle est la différence entre osmolalité totale et osmolalité efficace ?
L’osmolalité totale (mesurée par cryoscopie) prend en compte tous les solutés dissous, qu’ils soient perméants ou non (urée, Na⁺, glucose, protéines…). L’osmolalité efficace (ou tonicité) ne retient que les solutés non diffusibles à travers la membrane considérée. L’urée, par exemple, traversant librement la plupart des membranes biologiques, augmente l’osmolalité totale mais n’induit aucun mouvement d’eau. Pour évaluer les flux entre compartiments, c’est l’osmolalité efficace qui compte.
Pourquoi la pression oncotique est-elle un « cas particulier » de la pression osmotique ?
La pression oncotique est simplement la pression osmotique exercée par les macromolécules (protéines plasmatiques) qui ne franchissent pas les parois capillaires. Toute pression osmotique est générée par des solutés non diffusibles ; la pression oncotique n’en est qu’une fraction — attribuable aux grosses molécules. Les petites molécules (Na⁺, Cl⁻, glucose…) traversent librement les capillaires fenêtrés ou les pores, et ne contribuent donc pas à la pression oncotique.
Pourquoi faut-il exprimer ΔCosm en osmol·m⁻³ dans la formule de Van’t Hoff ?
La formule π = R·T·ΔC donne une pression en pascals (unité SI) si les concentrations sont en osmol·m⁻³ et R = 8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹, T en kelvin. En pratique biologique, on utilise souvent les mosmol·L⁻¹ — qui sont numériquement identiques aux osmol·m⁻³ (1 osmol·m⁻³ = 1 mosmol·L⁻¹). Vérifier les unités est essentiel dans les exercices dirigés : une confusion entre mmol·L⁻¹ et mosmol·L⁻¹ peut entraîner une erreur d’un facteur mille sur π.
Pourquoi l’hémolyse est-elle partielle entre 200 et 300 mosmol/L, puis totale en dessous de 100 ?
Les globules rouges sont des membranes insuffisamment déformables : elles s’étirent jusqu’à un maximum avant de se rompre. Entre 200 et 300 mosmol/L, seule une fraction des GR — les plus fragiles ou les plus âgés — éclate : c’est l’hémolyse partielle. En dessous de 100 mosmol/L, la différence osmotique est trop grande pour n’importe quel GR : la totalité se lyse. Ces seuils sont à connaître pour le concours PASS/LAS.
La perfusion de sérum physiologique évite-t-elle l’hémolyse ?
Oui, c’est précisément son rôle. Le sérum physiologique (NaCl 0,9 g/L) a une osmolalité d’environ 308 mosmol/L, quasi identique à celle du plasma (~311 mosmol/kg). Il est donc isotonique pour les GR : aucun flux net d’eau, pas d’hémolyse. Perfuser de l’eau pure ou un soluté trop hypotonique provoquerait une entrée massive d’eau dans les GR, suivie de leur rupture. À l’inverse, un milieu très hypertonique (> 500 mosmol/L) provoque une plasmolyse : le GR se ratatine et se déplace moins bien dans les capillaires.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.