Biophysique des solutions et osmose

Une solution est un mélange homogène d'un solvant (souvent l'eau) et d'un ou plusieurs solutés. La concentration molaire C (mol/L) indique le nombre de moles de soluté par litre de solution. En biophysique, on utilise l'osmolarité (osmol/L) qui tient compte de la dissociation des solutés : Osm = i × C, où i est le nombre de particules libérées par molécule (ex : NaCl → i=2, CaCl₂ → i=3). Cette notion est cruciale pour comprendre les mouvements d'eau à travers les membranes.

L'osmose est le déplacement net d'eau à travers une membrane semi-perméable, d'un compartiment de faible osmolarité vers un compartiment de forte osmolarité. Ce flux d'eau génère une pression osmotique π, modélisée par la loi de van't Hoff : π = i × C × R × T. R est la constante des gaz parfaits (8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹) et T la température en Kelvin. Cette pression peut être mesurée et explique les échanges hydriques cellulaires.

La tonicité compare l'osmolarité d'une solution à celle du plasma (≈300 mOsm/L). Une solution isotonique ne modifie pas le volume cellulaire. Une solution hypotonique fait entrer l'eau dans la cellule, provoquant sa turgescence puis, pour les globules rouges, une hémolyse (éclatement). Une solution hypertonique fait sortir l'eau, entraînant une plasmolyse (rétraction du cytoplasme) chez les végétaux ou une crénation chez les animaux.

En clinique, on utilise des solutions isotoniques (NaCl 0,9 %, glucose 5 %) pour les perfusions afin d'éviter les chocs osmotiques. L'osmolarité plasmatique se calcule par : 2×[Na⁺] + [glucose] + [urée] (mmol/L), normale ≈ 300 mOsm/L. Des déséquilibres osmotiques peuvent causer des œdèmes (hyperhydratation) ou une déshydratation cellulaire. La dialyse rénale exploite l'osmose pour épurer le sang.