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Osmose
L’osmose est un déplacement net du solvant, très souvent l’eau, à travers une membrane qui laisse passer certaines espèces mais pas toutes.
Une membrane qui trie
Imaginons deux solutions séparées par une membrane perméable à l’eau mais pas au soluté considéré. Les molécules d’eau traversent la membrane dans les deux sens, mais les échanges ne se compensent pas nécessairement. Un transfert net d’eau peut alors apparaître : c’est l’osmose.
Cette flèche représente le déplacement net dans le cas simple où la membrane laisse passer l’eau mais retient le soluté.
Pourquoi l’eau se déplace-t-elle ?
Dans le modèle d’introduction, l’eau passe globalement du côté où la concentration en soluté est plus faible vers celui où elle est plus élevée. Le mouvement moléculaire existe pourtant dans les deux directions. C’est le bilan de très nombreux passages microscopiques qui produit le transfert net observé.
Que signifie semi-perméable ou sélectivement perméable ?
Une membrane sélective ne laisse pas tout passer de la même manière. La taille, la charge, la polarité des espèces et la structure de la membrane peuvent intervenir. Les membranes biologiques sont particulièrement complexes : l’eau, les ions et les molécules n’y suivent pas tous les mêmes voies.
Une expérience avec deux compartiments
Dans un montage en U, une solution et de l’eau pure peuvent être séparées par une membrane qui ne laisse passer que l’eau. Le niveau du côté de la solution peut monter à mesure que l’eau y entre. Cette différence de hauteur crée progressivement une pression qui s’oppose au transfert.
La pression qu’il faudrait appliquer pour empêcher le transfert net de solvant définit la pression osmotique. Pour des solutions suffisamment diluées et idéales, elle peut être reliée à la concentration et à la température.
Pourquoi l’osmose est-elle importante pour les cellules ?
Les cellules sont entourées de membranes et contiennent des solutés. Si le milieu extérieur présente une pression osmotique très différente, de l’eau peut entrer ou sortir de la cellule. Une cellule animale peut gonfler dans un milieu très hypotonique ou perdre de l’eau dans un milieu hypertonique. Les organismes disposent donc de mécanismes de régulation très importants.
Un exemple végétal
Des tissus végétaux qui ont perdu de l’eau deviennent moins fermes. Placées dans de l’eau dans des conditions appropriées, certaines cellules récupèrent de l’eau et leur pression interne augmente. C’est l’une des raisons pour lesquelles des morceaux de certains légumes peuvent redevenir plus croquants après un séjour dans l’eau.
L’osmose inverse
Si l’on applique du côté concentré une pression supérieure à la pression osmotique, on peut forcer le solvant à se déplacer dans le sens opposé au mouvement osmotique spontané. C’est le principe de l’osmose inverse, utilisée notamment pour purifier l’eau et dessaler l’eau de mer.
L’eau n’est pas « attirée par le sel » comme par un aimant et la membrane ne pompe pas activement l’eau dans l’expérience idéale. Le transfert résulte du mouvement moléculaire et des différences de potentiel du solvant de part et d’autre de la membrane. Cette nuance évite de transformer une image pédagogique pratique en mécanisme faux.
Ce que l’osmose ne fait pas
L’osmose est un cas particulier de transport diffusif où l’on s’intéresse au solvant traversant une membrane sélective. La diffusion, elle, est une notion plus générale : des particules se répartissent sous l’effet de leur agitation et des différences de composition. La présence d’une membrane qui sélectionne les espèces est donc essentielle dans l’exemple osmotique.
Osmose et diffusion : quel rapport ?
L’essentiel
L’osmose est un transfert net de solvant à travers une membrane sélective. Dans le cas simple de solutions aqueuses séparées par une membrane qui ne laisse passer que l’eau, l’eau se déplace globalement vers le côté le plus concentré en soluté. Le phénomène est essentiel en biologie et peut être inversé par une pression suffisante pour la purification de l’eau.