De nombreux facteurs différents peuvent affecter le potentiel hydrique total, et la somme de ces potentiels détermine le potentiel hydrique global et la direction de lécoulement de leau:
Ψ = Ψ 0 + Ψ π + Ψ p + Ψ s + Ψ v + Ψ m {\ displaystyle \ Psi = \ Psi _ {0} + \ Psi _ {\ pi} + \ Psi _ {p} + \ Psi _ {s} + \ Psi _ {v} + \ Psi _ {m}}
où:
Tous ces facteurs sont quantifiés comme des énergies potentielles par unité de volume, et différents sous-ensembles de ces termes peuvent être utilisés pour des applications particulières ( par exemple, plantes ou sols). Différentes conditions sont également définies comme référence en fonction de lapplication: par exemple, dans les sols, la condition de référence est généralement définie comme de leau pure à la surface du sol.
Potentiel de pression Modifier
Potentiel de pression est basé sur la pression mécanique et constitue une composante importante du potentiel hydrique total des cellules végétales. Le potentiel de pression augmente à mesure que leau pénètre dans une cellule. Lorsque leau traverse la paroi cellulaire et la membrane cellulaire, elle augmente la quantité totale deau présente à lintérieur de la cellule, ce qui exerce une pression vers lextérieur qui est opposée par la rigidité structurelle de la paroi cellulaire. En créant cette pression, la plante peut maintenir sa turgescence, ce qui permet à la plante de conserver sa rigidité. Sans turgescence, les plantes perdront leur structure et se flétriront.
Le potentiel de pression dans une cellule végétale est généralement positif. Dans les cellules plasmolysées, le potentiel de pression est presque nul. Les potentiels de pression négative se produisent lorsque leau est tirée à travers un système ouvert tel quun récipient de xylème végétal. La résistance aux potentiels de pression négative (souvent appelés tension) est une adaptation importante du xylème. Cette tension peut être mesurée empiriquement à laide de la bombe à pression.
Potentiel osmotique (potentiel de soluté) Edit
Leau pure est généralement définie comme ayant un potentiel osmotique (Ψ π {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi}}) de zéro, et dans ce cas, le potentiel de soluté ne peut jamais être positif. La relation entre la concentration de soluté (en molarité) et le potentiel de soluté est donnée par léquation de van « t Hoff:
Ψ π = – M i RT {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi} = – MiRT}
où M {\ displaystyle M} est la concentration en molarité du soluté, i {\ displaystyle i} est le facteur van « t Hoff, le rapport entre la quantité de particules en solution et la quantité dunités de formule dissoutes, R {\ displaystyle R } est la constante du gaz idéal et T {\ displaystyle T} est la température absolue.
Leau se diffuse à travers la membrane osmotique jusquà lendroit où le potentiel deau est plus faible
Par exemple, lorsquun soluté est dissous dans leau, les molécules deau sont moins susceptibles de se diffuser par osmose que lorsquelles nest pas un soluté. Une solution aura un potentiel deau plus faible et donc plus négatif que celui de leau pure. De plus, plus il y a de molécules de soluté présentes, plus le potentiel de soluté est négatif.
Le potentiel osmotique a des implications importantes pour de nombreux organismes vivants. Si une cellule vivante est entourée dune solution plus concentrée, la cellule aura tendance à perdre de leau vers le potentiel deau plus négatif (Ψ w {\ displaystyle \ Psi _ {w}}) du milieu environnant. Cela peut être le cas pour les organismes marins vivant dans leau de mer et les plantes halophytes poussant dans des environnements salins. Dans le cas dune cellule végétale, lécoulement de leau hors de la cellule peut éventuellement amener la membrane plasmique à se détacher de la paroi cellulaire, conduisant à une plasmolyse. La plupart des plantes, cependant, ont la capacité daugmenter le soluté à lintérieur de la cellule pour conduire le flux deau dans la cellule et maintenir la turgescence.
Cet effet peut être utilisé pour alimenter une centrale osmotique.
Une solution de sol présente également un potentiel osmotique. Le potentiel osmotique est rendu possible grâce à la présence de solutés inorganiques et organiques dans la solution du sol. Au fur et à mesure que les molécules deau sagglutinent autour des ions ou des molécules de soluté, la liberté de mouvement, et donc lénergie potentielle, de leau est réduite. Au fur et à mesure que la concentration de solutés augmente, le potentiel osmotique de la solution du sol est réduit. Puisque leau a tendance à se déplacer vers des niveaux dénergie plus faibles, leau voudra se déplacer vers la zone de concentrations de soluté plus élevées. Cependant, leau liquide ne se déplacera en réponse à de telles différences de potentiel osmotique que si une membrane semi-perméable existe entre les zones de potentiel osmotique élevé et faible. Une membrane semi-perméable est nécessaire car elle laisse passer leau à travers sa membrane tout en empêchant les solutés de se déplacer à travers sa membrane. Si aucune membrane nest présente, le mouvement du soluté, plutôt que de leau, égalise largement les concentrations.
Étant donné que les régions du sol ne sont généralement pas divisées par une membrane semi-perméable, le potentiel osmotique a généralement une influence négligeable sur le mouvement de masse de leau dans les sols. Dautre part, le potentiel osmotique a une influence extrême sur le taux dabsorption deau par les plantes.Si les sols sont riches en sels solubles, le potentiel osmotique sera probablement plus faible dans la solution du sol que dans les cellules des racines des plantes. Dans de tels cas, la solution du sol restreindrait gravement le taux dabsorption deau par les plantes. Dans les sols salés, le potentiel osmotique de leau du sol peut être si faible que les cellules des jeunes plants commencent à seffondrer (plasmolyse).
Potentiel matriciel (potentiel matriciel) Modifier
Quand leau est en contact avec des particules solides (par exemple, des particules dargile ou de sable dans le sol), les forces intermoléculaires adhésives entre leau et le solide peuvent être importantes et importantes. Les forces entre les molécules deau et les particules solides en combinaison avec lattraction entre les molécules deau favorisent la tension superficielle et la formation de ménisques dans la matrice solide. La force est alors nécessaire pour briser ces ménisques. Lampleur du potentiel de la matrice dépend des distances entre les particules solides – la largeur des ménisques (également action capillaire et Pa différent aux extrémités du capillaire) – et la composition chimique de la matrice solide (ménisque, mouvement macroscopique dû à lattraction ionique).
Dans de nombreux cas, la valeur absolue du potentiel de la matrice peut être relativement grande par rapport aux autres composantes du potentiel de leau discutées ci-dessus. Le potentiel matriciel réduit considérablement létat énergétique de leau près des surfaces des particules. Bien que le mouvement de leau dû au potentiel de la matrice puisse être lent, il reste extrêmement important pour fournir de leau aux racines des plantes et dans les applications dingénierie. Le potentiel de la matrice est toujours négatif car leau attirée par la matrice du sol a un état énergétique inférieur à celui de leau pure. Le potentiel matriciel ne se produit que dans les sols non saturés au-dessus de la nappe phréatique. Si le potentiel de la matrice approche une valeur de zéro, presque tous les pores du sol sont complètement remplis deau, cest-à-dire entièrement saturés et à leur capacité de rétention maximale. Le potentiel de la matrice peut varier considérablement selon les sols. Dans le cas où leau sécoule dans des zones de sol moins humides de porosité similaire, le potentiel de la matrice est généralement compris entre −10 et −30 kPa.