L'osmose gouverne les mouvements d'eau entre les compartiments de l'organisme : hydratation des cellules, filtration rénale, échanges capillaires. Ce chapitre définit l'osmolarité, la pression osmotique et les autres propriétés colligatives (cryoscopie, tonométrie), puis distingue osmolarité et tonicité — la nuance que les correcteurs adorent tester.
1. Osmose et membranes semi-perméables
L'osmose est le passage spontané du solvant à travers une membrane semi-perméable (perméable à l'eau, imperméable au soluté) depuis la solution la moins concentrée vers la plus concentrée. Le flux d'eau s'arrête lorsque la différence de pression hydrostatique compense la différence de concentration : cette pression d'équilibre est la pression osmotique π. Une membrane biologique n'est jamais parfaitement semi-perméable : on la qualifie de sélective, ce qui conduit à la notion de coefficient de réflexion (σ = 1 pour un soluté totalement retenu, σ = 0 pour un soluté qui traverse librement comme l'urée).
2. Osmolarité et osmolalité
L'osmolarité est le nombre de moles de particules osmotiquement actives par litre de solution (osmol/L, en pratique mOsm/L) ; l'osmolalité se rapporte au kilogramme d'eau (mOsm/kg). Pour un soluté de concentration molaire C, l'osmolarité vaut i × C où i est le nombre de particules libérées : i = 1 pour le glucose, i = 2 pour NaCl, i = 3 pour CaCl2 ; pour un électrolyte faible, i = 1 + α(n − 1). Le sérum physiologique (NaCl à 9 g/L, soit 154 mmol/L) a une osmolarité de 308 mOsm/L ; le sérum glucosé à 5 % (50 g/L, soit 278 mmol/L) environ 278 mOsm/L. L'osmolalité du plasma humain est d'environ 290 à 300 mOsm/kg, dont la quasi-totalité est due aux ions Na+ et Cl− ; l'estimation clinique courante est 2 × [Na+] + glycémie + urée (en mmol/L).
3. Loi de van 't Hoff et pression oncotique
Pour une solution diluée, la pression osmotique suit la loi de van 't Hoff, analogue à celle des gaz parfaits : π = i × C × R × T, avec R = 8,314 J·mol−1·K−1 et T en kelvins. Une solution de 1 osmol/L à 37 °C (310 K) exerce ainsi une pression d'environ 2,58 × 106 Pa, soit près de 25 atmosphères : la pression osmotique est une force considérable. Dans les capillaires, seules les protéines plasmatiques (albumine surtout) ne traversent pas la paroi ; elles exercent la pression oncotique, de l'ordre de 25 mmHg, qui retient l'eau dans le vaisseau et s'oppose à la pression hydrostatique dans l'équilibre de Starling. Une hypoprotidémie abaisse la pression oncotique et provoque des œdèmes.
4. Cryoscopie, ébulliométrie et tonométrie
La pression osmotique appartient aux propriétés colligatives, qui ne dépendent que du nombre de particules dissoutes et non de leur nature. La présence d'un soluté abaisse la pression de vapeur du solvant (tonométrie, loi de Raoult), élève sa température d'ébullition (ébulliométrie) et abaisse sa température de congélation (cryoscopie). L'abaissement cryoscopique s'écrit ΔT = Kc × osmolalité, avec Kc = 1,86 °C·kg/osmol pour l'eau. Le plasma, à environ 0,3 osmol/kg, gèle donc vers −0,56 °C. La mesure du point de congélation par un osmomètre à cryoscopie est la méthode de référence en laboratoire pour déterminer l'osmolalité d'un liquide biologique (plasma, urine).
5. Tonicité : isotonique, hypotonique, hypertonique
La tonicité décrit l'effet d'une solution sur le volume d'une cellule ; elle ne tient compte que des solutés qui ne traversent pas la membrane (osmolarité efficace). Une solution isotonique (sérum physiologique, glucosé 5 %) laisse le volume cellulaire inchangé ; une solution hypotonique (eau distillée) fait entrer l'eau, gonfle la cellule jusqu'à l'hémolyse pour un globule rouge ; une solution hypertonique fait sortir l'eau et provoque la plasmolyse (ou crénelure de l'hématie). Piège : l'urée est osmotiquement active mais traverse librement les membranes, si bien qu'une solution d'urée à 300 mOsm/L est iso-osmolaire mais hypotonique et hémolysante.
Pression qu'il faut appliquer à une solution pour empêcher l'entrée de solvant à travers une membrane semi-perméable ; elle vaut π = i C R T pour une solution diluée (loi de van 't Hoff).
Nombre de moles de particules dissoutes (ions et molécules) par litre de solution, calculé par i × C. Le plasma est à environ 300 mOsm/L.
| Solution | Osmolarité | Tonicité pour l'hématie | Effet |
|---|---|---|---|
| NaCl 9 g/L | ≈ 308 mOsm/L | Isotonique | Volume inchangé |
| Glucose 5 % | ≈ 278 mOsm/L | Isotonique | Volume inchangé |
| Eau distillée | 0 | Hypotonique | Gonflement, hémolyse |
| NaCl 20 g/L | ≈ 680 mOsm/L | Hypertonique | Plasmolyse |
| Urée 300 mmol/L | 300 mOsm/L | Hypotonique | Hémolyse (urée traverse) |
Osmolarité et tonicité des solutés courants
- L'osmose est un flux d'eau vers la solution la plus concentrée à travers une membrane semi-perméable.
- Osmolarité = i × C ; i = 2 pour NaCl, 3 pour CaCl₂, 1 pour le glucose ; plasma ≈ 300 mOsm/L.
- Loi de van 't Hoff : π = i C R T ; la pression oncotique des protéines vaut environ 25 mmHg.
- Abaissement cryoscopique ΔT = 1,86 × osmolalité ; le plasma gèle vers −0,56 °C.
- Iso-osmolaire n'est pas synonyme d'isotonique : seuls les solutés non diffusibles créent la tonicité.
Calcul d'osmolarité d'un mélange, calcul de π à 37 °C et détermination de l'osmolalité à partir d'un point de congélation : ce sont les trois exercices qui reviennent presque à chaque session. Attention à convertir la température en kelvins, à utiliser C en mol/m3 si l'on veut π en pascals, et à ne pas confondre osmolarité totale et osmolarité efficace quand l'énoncé parle d'urée ou de glucose pénétrant.