Définition de l'osmose
L'osmose est le passage spontané d'un solvant (qui dans les systèmes biologiques est généralement de l'eau), de la solution dans laquelle les solutés sont plus dilués à celle dans laquelle ils sont plus concentrés; ce mouvement - qui se produit à travers une membrane semi-perméable - se poursuit jusqu'à atteindre une situation d'équilibre dans laquelle les deux solutions gagnent et maintiennent la même concentration.
Exemple pratique
Pour mieux clarifier le concept d'osmose, imaginons un récipient divisé en deux compartiments de volume égal (A et B) par une membrane semi-perméable (c'est-à-dire perméable uniquement au solvant - dans ce cas l'eau - et non au soluté). Dans le compartiment A, il y a une solution aqueuse dans laquelle une cuillerée de glucose a été dissoute, tandis que dans la partie B, nous avons une solution aqueuse de volume égal dans laquelle trois cuillères à soupe de glucose ont été dissoutes (elle est donc plus concentrée). Cette différence crée un gradient de concentration pour le glucose sur les côtés de la membrane et, ce sucre ne pouvant la traverser, l'équilibre est atteint par le passage de l'eau du compartiment A (où le glucose est plus dilué) vers le compartiment. B (où il est plus abondant). Si vous préférez, vous pouvez également dire que l'eau passe par osmose de la solution dans laquelle elle est la plus concentrée (A) à celle dans laquelle elle se trouve dans une moindre mesure (B).
Suite à cet écoulement, le niveau d'eau dans B augmente et diminue dans A, créant une certaine différence de niveau entre les deux. Ce phénomène prend fin lorsque les deux solutions atteignent la même concentration en la maintenant constante.
Solutions hypotoniques, isotoniques et hypertoniques
En prenant deux solutions de concentration molaire différente (nombre différent de particules en solution), la solution de concentration molaire et hypertonique inférieure est la plus concentrée. Deux solutions sont plutôt isotoniques (ou équimolaires) quand elles ont la même concentration.
Dans l'exemple que nous venons de faire, la solution B est hypertonique (elle contient donc plus de solutés) que l'autre (définie comme hypotonique); Par conséquent, dans des conditions normales, le solvant passe par osmose de la solution hypotonique à la solution hypertonique. Nous avons parlé de conditions standard car, en jouant avec les lois de la physique, il est possible de renverser le concept d'osmose et de favoriser le passage du solvant de la concentration la plus diluée à la plus concentrée (osmose inverse).
Pression osmotique et osmose inverse
Pour l’instant, le flux net de solvant - généré par osmose - se poursuit jusqu’à ce que les deux solutions atteignent la même concentration. Eh bien, ce mouvement peut être contré, arrêté ou même inversé en appliquant une pression sur le compartiment le plus concentré.
Dans l'exemple précédent, il suffit de placer un piston dans le compartiment B (dont on se souvient d'avoir une concentration plus élevée) et de le pousser vers le bas avec une certaine force pour favoriser le passage de l'eau vers A; dans ce cas, on parle d'osmose inverse.
La pression osmotique est la pression qui s'oppose exactement au passage du solvant à travers la membrane semi-perméable; en conséquence, c’est la pression nécessaire pour lutter contre l’osmose.
Comme mentionné précédemment, deux solutions isotoniques présentent la même pression osmotique; souligner, par conséquent, que la pression osmotique dépend exclusivement du nombre de particules présentes en solution et non de leur nature.
Osmose et corps humain
Les membranes plasmiques qui entourent les cellules du corps humain sont en fait des membranes semi-perméables, qui permettent le passage direct, par osmose, de petites molécules (telles que l’eau et l’urée), mais pas celles de poids moléculaire plus élevé (telles que protéines, acides aminés et sucres). Les équilibres osmotiques dans les fluides corporels sont donc essentiels pour assurer aux cellules un environnement optimal dans lequel vivre.
Si nous prenons une cellule comme un globule rouge et que nous la plongeons dans une solution hypotonique, celle-ci - par osmose - subit un gonflement (provoqué par la pénétration d’eau) qui peut même la faire exploser. Au contraire, si elle est immergée dans une solution hypertonique, la cellule subit, du fait du passage de l’eau vers l’extérieur, une déshydratation sévère qui la fait se ratatiner. Heureusement, dans l'organisme humain, les cellules sont immergées dans des solutions isotoniques en ce qui concerne leur environnement interne. Il existe différents systèmes pour maintenir ces liquides dans un équilibre osmotique.
Pression osmotique et conservation des aliments
Nous pensons un instant à une confiture maison ... Le sucre est ajouté en abondance non seulement pour améliorer sa saveur, mais aussi et surtout pour augmenter sa durée de conservation. Pourtant, le sucre est un élément important pour la vie de nombreux microorganismes impliqués dans la dégradation du produit. Cette contradiction apparente est démontée par le concept même d'osmose.
