Chapitre 1 — Solutions, compartiments liquidiens et transports membranaires · Topic 1 : Solutions et concentrations · Leçon 1.1
Avant de calculer une osmolalité ou de raisonner sur les compartiments liquidiens, il faut poser les bases : qu’est-ce qu’une solution ? Comment la distinguer d’une suspension ? Qu’est-ce qu’un soluté, un osmole, un électrolyte fort ? Cette leçon fixe ce vocabulaire — fidèlement aux définitions du cours Sorbonne Université UE3b 2025-2026.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Définir et distinguer solution, suspension et état colloïdal ;
- Identifier solvant et solutés ; calculer la fraction molaire ;
- Calculer le nombre d’osmoles (nosm = ν × nmol) et citer ν pour NaCl, glucose et K₂SO₄ ;
- Énoncer la règle d’électroneutralité et la situer dans le contexte du plasma.
🧭 Plan de la leçon
- Solution, suspension, état colloïdal — définitions
- Solvant, solutés et fraction molaire
- Osmoles et électrolytes
- Électroneutralité et cas du sang
1. Solution, suspension, état colloïdal — définitions
Une solution est un mélange de composés dans un liquide, homogène jusqu’au stade moléculaire : les solutés sont dispersés de façon uniforme à l’échelle atomique ou moléculaire. Elle se compose d’un solvant (le composé liquide le plus abondant — l’eau en biologie) et de solutés (toutes les autres espèces présentes).
Une suspension contient des microparticules suffisamment petites pour rester dispersées sans sédimenter, mais visibles à l’échelle microscopique. Le mélange paraît homogène à l’œil nu, mais ne l’est pas à l’échelle moléculaire.
L’état colloïdal est un état intermédiaire : les particules (entre 1 nm et 1 µm) sont plus grandes que des molécules dissoutes mais plus petites que dans une suspension classique. Les protéines plasmatiques en sont un exemple.
Le sang est une suspension : il renferme des cellules (globules rouges, leucocytes, plaquettes) en suspension dans le plasma. C’est pourquoi on ne mesure pas la concentration de macromolécules dans le sang au sens strict, mais dans le plasma (la fraction liquide sans les cellules). L’état colloïdal s’applique aux protéines plasmatiques, trop grandes pour être en solution vraie mais pas assimilables à des cellules.
2. Solvant, solutés et fraction molaire
La fraction molaire d’un composant est la proportion de ses moles par rapport au total :
- Fraction molaire du solvant (eau) : fH₂O = nH₂O / ntotal ; ≈ 1 pour une solution diluée.
- Fraction molaire du soluté i : fi = ni / ntotal ; très inférieure à 1 en biologie.
Rappel fondamental : 1 mole = 6,02 × 10²³ particules (nombre d’Avogadro, NA). Une mole de NaCl contient donc 6,02 × 10²³ unités formulaires.
3. Osmoles et électrolytes
Toutes les espèces chimiques en solution exercent une pression osmotique proportionnelle à leur nombre de particules libres (unités cinétiques), pas au nombre de molécules initiales. Le nombre d’osmoles s’obtient par :
nosm = ν × nmol
où ν est le nombre d’unités cinétiques par molécule :
- Glucose (ne se dissocie pas) → ν = 1 ; 1 mol = 1 osmol.
- NaCl (Na⁺ + Cl⁻) → ν = 2 ; 1 mol = 2 osmol.
- K₂SO₄ (2 K⁺ + SO₄²⁻) → ν = 3 ; 1 mol = 3 osmol.
Un électrolyte fort se dissocie totalement en solution aqueuse : NaCl → Na⁺ + Cl⁻ (dissociation = 100 %). On peut donc appliquer ν directement pour calculer nosm. Un électrolyte faible (ex. acide acétique) ne se dissocie que partiellement ; il faut alors tenir compte du taux de dissociation α pour calculer nosm. En biologie, on travaille principalement avec des électrolytes forts.
4. Électroneutralité et cas du sang
Le sang est une suspension, non une solution. On mesure donc les concentrations dans le plasma (fraction liquide). Les suffixes -émie désignent les concentrations plasmatiques : natrémie, calcémie, hémoglobinémie…
- Osmolalité plasmatique normale : 311 mosmol/kg d’eau.
- Hématocrite (Ht) = Vglobules / Vsang ; volume plasmatique = (1 − Ht) × Vsang.
- Concentration en Hb dans les GR : 320-360 g/L de GR.
- Hémoglobinémie (Hb dans le sang entier) : 120-160 g/L de sang.
- Natrémie : 135-145 mmol/L de plasma.
- Calcémie : 2,5 mmol/L de plasma.
La règle d’électroneutralité s’applique dans le plasma : la somme des concentrations équivalentes des cations égale celle des anions (Σ [cations]éq = Σ [anions]éq). Les concentrations équivalentes sont exprimées en Eq/L ou mEq/L.
🧠 À retenir absolument
- Solution = homogène au niveau moléculaire (solvant + solutés) ; suspension = microparticules en dispersion ; état colloïdal = intermédiaire (protéines plasmatiques).
- Solvant = composant liquide le plus abondant (l’eau en biologie) ; solutés = toutes les autres espèces.
- Fraction molaire : fH₂O = nH₂O/ntotal ≈ 1 (solution diluée) ; fi = ni/ntotal.
- 1 mole = 6,02 × 10²³ particules (nombre d’Avogadro).
- Osmoles : nosm = ν × nmol ; glucose ν=1, NaCl ν=2, K₂SO₄ ν=3.
- Électrolyte fort = dissociation totale (NaCl, KCl, NaHCO₃…).
- Sang = suspension. On mesure dans le plasma. Suffixe -émie = concentration plasmatique.
- Osmolalité plasmatique normale = 311 mosmol/kg ; natrémie 135-145 mmol/L ; calcémie 2,5 mmol/L.
- Électroneutralité : Σ [cations]éq = Σ [anions]éq.
❓ Questions fréquentes
Quelle est la différence entre une solution et une suspension ?
Dans une solution, les solutés sont dispersés de façon homogène jusqu’au stade moléculaire : on ne peut pas les distinguer au microscope optique. Dans une suspension, les particules dispersées (cellules, globules rouges) sont visibles au microscope et pourraient sédimenter si le milieu était immobile longtemps. Le sang est le cas type en biologie : les GR restent en suspension grâce à l’agitation et aux propriétés rhéologiques du plasma.
Pourquoi dit-on que le sang est une suspension et non une solution ?
Parce que les globules rouges (diamètre ≈ 8 µm), les leucocytes et les plaquettes sont des particules cellulaires, pas des molécules dissoutes. On ne peut pas parler de « concentration en GR dans la solution » : on parle d’hématocrite (rapport de volume). En revanche, le plasma (sans les cellules) contient des molécules et ions vraiement dissous (Na⁺, glucose, protéines en état colloïdal) et peut être traité comme une solution.
Pourquoi la fraction molaire de l’eau est-elle ≈ 1 dans une solution biologique ?
Dans le plasma, les solutés (ions, protéines, glucose…) sont présents en très faibles quantités en moles par rapport aux molécules d’eau. Pour l’osmolalité plasmatique normale (311 mosmol/kg), cela représente environ 311 millimoles de solutés pour 55 500 mmol d’eau par litre : la fraction molaire de l’eau est donc fH₂O = 55 500 / (55 500 + 311) ≈ 0,994, soit bien ≈ 1. C’est le critère de la solution diluée.
Comment calculer le nombre d’osmoles d’une solution de NaCl à 9 g/L ?
M(NaCl) = 58,5 g/mol. Molarité = 9 / 58,5 ≈ 154 mmol/L. NaCl étant un électrolyte fort (ν = 2), osmolarité = 2 × 154 = 308 mosmol/L — proche de l’osmolalité plasmatique. C’est précisément pourquoi le sérum physiologique à 9 g/L est dit « isotonique » au plasma : sa pression osmotique est proche de celle du sang.
Qu’est-ce qu’un électrolyte fort et pourquoi ce classement est-il important ?
Un électrolyte fort se dissocie totalement en ions en solution aqueuse (ex. NaCl → 100 % de Na⁺ + Cl⁻). On peut donc calculer directement le nombre d’unités cinétiques à partir de la molarité et de ν. Un électrolyte faible ne se dissocie que partiellement (ex. CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺) et requiert la constante d’acidité Ka pour calculer nosm. En physiologie, les principaux solutés inorganiques (NaCl, NaHCO₃, KCl, CaCl₂) sont des électrolytes forts.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.