RessourcesJeunes (13-25 ans),Familles,Enseignants,MédiateursSciences du vivantDocument pédagogique

L’osmose correspond à la diffusion d’un liquide à travers une membrane séparant deux solutions de concentrations différentes. Impliqué dans de nombreux processus biologiques, ce phénomène physique présente l’avantage d’être particulièrement facile à mettre en évidence. Pour y parvenir, munissez-vous simplement d’un peu d’eau, d’une pincée de sel et… d’une grosse patate.
Par Jean-Philippe Bricka, médiateur scientifique, unité Sciences de la vie du Palais de la découverte

(Reprise de Découverte n° 421, mars-avril 2019, p. 62-63)

MATÉRIEL NÉCESSAIRE :
  • une grosse pomme de terre
  • une cuillère à pomme parisienne ou à melon
  • du sérum physiologique (ou de l'eau et du gros sel)
  • de l'eau déminéralisée

Difficulté de l'expérience : 2 / 5 (à partir de 8 ans)
Niveau scientifique requis : 3 / 5
(à partir du lycée)
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Prenez deux compartiments contenant un solvant (eau) et des molécules dissoutes (soluté). Séparez-les par une membrane laissant passer le soluté. Si les deux compartiments présentent des concentrations en soluté différentes, celui-là se déplacera spontanément du compartiment dans lequel il est le plus concentré vers celui dans lequel il est le moins concentré, et ce, jusqu’à ce que les deux compartiments aient la même concentration. Ce phénomène qui tend à rendre homogène la répartition des molécules du fait de leur agitation thermique est appelé diffusion (fig. 1).

Figure 1. Principe de la diffusion. Les molécules dissoutes, pouvant passer librement la membrane, diffusent selon leur gradient de concentration, c’est-à-dire du compartiment dans lequel elles sont le plus concentrées vers celui dans lequel elles sont le moins concentrées. © R. Paillard / Universcience.

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Reproduisez maintenant l’expérience en utilisant une membrane perméable uniquement à l’eau. Les molécules de soluté ne pouvant plus franchir la membrane, c’est l’eau qui se déplacera cette fois du milieu le moins concentré en soluté vers le plus concentré. Cette forme particulière de diffusion, nommée osmose (fig. 2), ne cesse que lorsque les deux compartiments ont atteint la même concentration.

Figure 2. Principe de l’osmose. Lorsque deux compartiments présentant des concentrations en soluté différentes sont séparés par une membrane perméable uniquement à l’eau (H2O), un mouvement d’eau du milieu le moins concentré en soluté vers le milieu le plus concentré est observé. © R. Paillard / Universcience.

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Osmose et diffusion, moteurs des échanges cellulaires

Les cellules constituant les organismes vivants doivent échanger en permanence eau et matière avec leur environnement. Un certain nombre de ces échanges s’effectuent passivement (sans consommation d’énergie) grâce aux phénomènes de diffusion et d’osmose. En effet, la membrane des cellules présente elle aussi une perméabilité sélective : laissant passer plutôt librement l’eau, les gaz (dioxygène, dioxyde de carbone…) et les petites molécules non chargées (urée…), elle est imperméable aux ions (sodium, chlore…) et grosses molécules. Des phénomènes de diffusion sont impliqués ainsi dans le transfert de l’oxygène du milieu extérieur jusqu’au cœur de nos cellules. Quant à l’osmose, elle joue notamment un rôle déterminant dans les échanges d’eau entre les tissus et leur milieu. Chez les plantes, elle participe à l’absorption et au transport de l’eau. En effet, le milieu aqueux du sol contient généralement moins de molécules dissoutes (dont des sels dissous comme le chlorure de sodium NaCl) que les cellules de la plante. Ces éléments ne pouvant franchir librement la membrane cellulaire, l’eau diffuse donc du sol vers les racines et cellules de la plante. En faisant « gonfler » les cellules, cette entrée d’eau participe aussi à la rigidité et au maintien de la plante.

Patate à l’eau

Des cellules végétales peuvent nous aider à mettre en évidence ce phénomène d’osmose. Pour cela, équipez-vous d’une cuillère à pomme parisienne ou cuillère à melon, d’une grosse pomme de terre, de sérum physiologique ou d’eau légèrement salée (9 grammes de sel de cuisine dans 1 litre d’eau), d’eau déminéralisée (employée dans les fers à repasser par exemple) et de gros sel (fig. 3). Découpez la patate de chaque côté dans le sens de la longueur. Utilisez ensuite la cuillère pour creuser, sur l’une des faces, trois puits d’un diamètre équivalent (2 centimètres environ). Versez du gros sel dans le premier puits, remplissez à ras bord le deuxième d’eau légèrement salée (sérum physiologique) et le dernier d’eau déminéralisée (fig. 4). Laissez reposer quelques heures puis observez.

Figure 3. Matériel nécessaire pour mettre en évidence le phénomène d’osmose. © J. - P. Bricka / Universcience.

Figure 4. Le premier puits contient du gros sel, le deuxième du sérum physiologique et le dernier de l’eau déminéralisée. © J. - P. Bricka / Universcience.

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Vous constatez que le premier puits, contenant le gros sel, est désormais rempli d’eau (fig. 5). En effet, la concentration en sel (NaCl) était plus importante dans le puits que dans les cellules du tubercule. Le sel ne pouvant franchir la membrane, contrairement à l’eau, cette dernière a quitté les cellules pour rejoindre le puits. Dans le deuxième puits, le niveau d’eau légèrement salée n’a presque pas varié car les cellules de la patate présentent une concentration en sel proche de celle de l’eau physiologique contenue dans le puits. Enfin, le niveau d’eau du dernier puits a baissé, car l’eau déminéralisée, qui ne contient presque pas de molécules dissoutes, possède une concentration inférieure à celle des cellules de la pomme de terre : l’eau a quitté alors le puits pour diffuser dans les cellules. Dans chaque puits, les lois de l’osmose ont dicté les mouvements d’eau observés : de l’eau entre ou sort des cellules en fonction de la concentration du milieu extérieur.

Figure 5. De l’eau est entrée ou sortie des cellules de la pomme de terre en fonction de la concentration en soluté du milieu contenu dans les différents puits. © J. - P. Bricka / Universcience.

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Grâce à ces expériences, vous saurez dorénavant pourquoi le sel est un redoutable herbicide ou pour quelle raison verser du gros sel sur des tranches d’aubergines avant cuisson permet de leur faire « rendre leur eau ». J.- P. B.