PRESSION OSMATIQUE
La pression osmotique est une force déterminée par une différence de concentration entre deux solutions situées de part et d'autre d'une membrane semi-perméable. L'osmose et les forces osmotiques favorisent la diffusion des substances à travers la membrane, en milieu interne, le solvant passant de la solution la moins concentrée vers la plus concentrée.
L'osmose implique une pression osmotique, et l'osmose inverse implique une pression hydrostatique:
Pour la pression osmotique, le schéma montre la différence entre l'osmose simple et l'osmose inverse au travers d'une membrane semi-perméable avec les forces exercées, par pression osmotique ou par pression hydrostatique.
La pression osmotique définit le minimum de pression qui doit être appliquée à une solution pour empêcher l'écoulement vers l'intérieur de l'eau à travers une membrane semi-perméable. Elle est également définie comme la mesure de la tendance d'une solution à prendre de l'eau par osmose. Les valeurs sont régies par le coefficient osmotique.
Reformulé différemment, la pression osmotique est la force qui s'exerce sur une membrane hémiperméable (perméable à l'eau seulement) séparant deux solutions de concentrations différentes. Elle fait passer l'eau de la solution la moins concentrée (hypotonique) vers la solution la plus concentrée (hypertonique) jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint (isotonie). La pression osmotique est également définie comme la pression minimum nécessaire pour annuler l'osmose. Jacobus Henricus van Hoff a d'abord proposé une formule pour calculer la pression osmotique, mais cette équation a été améliorée plus tard par Harmon Northrop Morse.
Le phénomène de la pression osmotique provient de la tendance d'un solvant pur à se déplacer à travers une membrane semi-perméable et dans une solution contenant un soluté auquel la membrane est imperméable. Ce processus est d'une importance vitale en biologie des cellules, avec la membrane cellulaire qui est sélective vers la plupart des solutés présents dans les organismes vivants.
Afin de visualiser cet effet, imaginez un tube transparent en forme de U avec des quantités égales d'eau de chaque côté, séparés par une membrane à sa base qui est imperméable aux molécules de sucre (fabriqué à partir de tubes de dialyse). Le sucre a été ajouté à l'eau sur un côté. La hauteur de l'eau de chaque côté changera proportionnellement à la pression de la solution.
La pression osmotique provoque une augmentation de la hauteur de l'eau dans le compartiment contenant le sucre à augmenter, en raison du mouvement de l'eau pure dans le compartiment sans sucre dans le compartiment contenant l'eau sucrée. Ce processus s'arrête une fois que les pressions de l'eau et de l'eau sucrée vers les deux côtés de la membrane sont assimilées.
La pression osmotique sur des cellules sanguines:
La pression osmotique sur les cellules sanguines est hypertonique, isotonique ou hypotonique pour le sang.
Par définition, la pression osmotique est la pression hydrostatique produite par une solution dans un espace divisé par une membrane perméable de manière différentielle due à une différence dans les concentrations de solutés. Avec les cellules des organismes, elle fait appel à la pression oncotique.
La tonicité:
La pression osmotique est un facteur important affectant les cellules. L'Osmorégulation est un mécanisme d'homéostasie d'un organisme à atteindre l'équilibre de la pression osmotique: l’hypertonie est la présence d'une solution qui provoque les cellules à se rétrécir; l’hypotonie est la présence d'une solution qui provoque un gonflement des cellules; L’isotonie est la présence d'une solution qui ne produit pas de changement de volume de la cellule.
Lorsqu'un être biologique cellulaire est dans un environnement hypotonique, l'intérieur de la cellule accumule l'eau, l'eau s'écoule à travers la membrane cellulaire dans la cellule, ce qui provoque son expansion. Dans les cellules végétales, la paroi cellulaire restreint l'expansion, ce qui entraîne une pression sur la paroi de la cellule à l'intérieur, dite pression de turgescence.
Pression osmotique potentielle:
La pression osmotique potentielle est la pression osmotique maximum qui pourrait se développer dans une solution, si elle était séparée de l'eau osmosée par une membrane sélectivement perméable. C'est le nombre de particules de soluté dans un volume unitaire de la solution qui détermine directement la pression osmotique potentielle. Si on attend pour l'équilibre, la pression osmotique atteint la pression osmotique potentielle. Voir aussi la pression oncotique.
Pression osmotique cellule végétale:
En botanique, la pression osmotique et le potentiel hydrique créent une turgescence dans une cellule végétale.
Comment se fait-il que les cellules végétales puissent avoir de telles pressions osmotiques de turgescence? La raison essentielle est que les cellules contiennent de grandes concentrations de solutés. Ces solutés attirent l'eau dans les cellules par un processus connu sous le nom osmose, qui implique l'eau qui coule à travers des membranes semi-perméables qui empêchent le passage des solutés, mais pas de l'eau. L'afflux d'eau gonfle les cellules jusqu'à atteindre une pression hydrostatique à laquelle plus aucune eau ne s'écoule. Dans les cellules baignant dans l'eau douce, comme les algues dans un étang, cette pression hydrostatique d'équilibre est appelée pression osmotique π (Pi) du contenu cellulaire, et est couramment d'environ 500 kPa ou 0,5 MPa.
Cette pression osmotique peut être mesurée directement avec un osmomètre, ou elle peut être calculée à partir de la concentration de soluté dans la cellule (C) à partir de la relation (formule de van Hoff): π = RTC; où R est la constante de gaz, T est la température absolue (en degrés Kelvin) et C est la concentration de soluté en Osmoles/L. À 25 ºC, RT est égal à 2,5 litres-MPa par mole, et π est en unités de MPa. Ainsi, une concentration de 200 mOsmoles/L a une pression osmotique de 0,5 MPa.
Cependant, les plantes terrestres sont différentes des algues dans un étang. Leurs feuilles sont dans l'air, et l'eau dans leurs parois cellulaires, contrairement à l'eau dans un étang, n'est pas libre. Il a une pression hydrostatique négative (discutée plus loin dans la section suivante). Ainsi, pour une pression osmotique donnée π dans une cellule, la pression hydrostatique, P, sera plus faible que si la cellule était baignée dans de l'eau libre. Cette différence est connue sous le nom de potentiel d'eau ψ (psi) de la cellule. Il est nul dans une cellule d'algues en eau douce, mais il est toujours négatif dans les plantes terrestres. Sa valeur est la différence entre P et π, c'est-à-dire: ψ = P - π.
Une notation alternative pour l'équation utilisée couramment par les physiologistes des plantes est: ψw = ψp + ψs. Dans ce cas, ψw est le potentiel d'eau total, ψs est le potentiel de soluté et ψp est le potentiel de pression. Ainsi ψs est égal, mais opposé dans le signe, à π.
La notion de potentiel hydrique peut être appliquée à n'importe quel échantillon d'eau, que ce soit à l'intérieur d'une cellule, dans la paroi cellulaire, dans les vaisseaux du xylème ou dans le sol. L'eau s'écoulera d'un échantillon à fort potentiel hydrique à un échantillon à faible potentiel hydrique à condition que les échantillons soient à la même température et à condition qu'aucun soluté ne bouge avec l'eau. Le potentiel d'eau ainsi défini est toujours nul ou négatif, car il est par convention nul dans l'eau pure à la pression atmosphérique.
Applications notables impliquant la pression osmotique:
La pression osmotique est la base du filtrage avec l'osmose inverse, un procédé couramment utilisé pour purifier l'eau. L'eau à purifier est placée dans une chambre et mise sous une quantité de pression supérieure à la pression osmotique exercée par l'eau et les solutés dissous dedans. Une partie de la chambre est dotée d'une membrane perméable qui permet de manière différentielle aux molécules d'eau de traverser, mais pas les particules du soluté. La pression osmotique de l'eau de mer est d'environ 27 atm. L'osmose inverse dessale l'eau douce de l'eau salée de l'océan.
La pression osmotique est nécessaire pour de nombreuses fonctions des plantes. Il en résulte la pression de turgescence sur la paroi des cellules qui permet aux plantes herbacées de se tenir debout, droites, et la façon dont les plantes régulent l'ouverture de leurs stomates. Dans les cellules animales, qui n'ont pas de paroi cellulaire, la pression osmotique excessive peut conduire à une cytolyse.
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