Théorie
Dialyse

DIALYSEa dialyse est un procédé de séparation par membrane des molécules ou des ions en solution au même titre que l’osmose inverse, l’ultrafiltration et l’électrodialyse. Ces techniques diffèrent par la force utilisée pour que les espèces chimiques ou les ions puissent traverser la membrane semi-perméable, c’est-à-dire la barrière relativement mince séparant deux milieux liquides. Ces forces sont :

• un gradient de pression dans l'osmose inverse, l'ultrafiltration ou encore un gradient de pression partielle lors de la diffusion des gaz à travers une membrane poreuse ;

• un gradient de potentiel électrique dans l'électrodialyse ;

• et enfin un gradient de concentration dans la dialyse.

L’avantage de cette dernière réside dans le fait que les séparations se font dans la majeure partie des cas à température ambiante, respectant ainsi les substances thermolabiles, sans changement de phase liquide (avantageux sur le plan énergétique) et, enfin, sans accumulation de constituants dans la membrane, ce qui permet d’envisager un fonctionnement en continu donc sans cycle de régénération. En revanche, la méthode est lente.

La distinction entre dialyse, ultrafiltration et osmose inverse, qui toutes les trois reposent sur l’utilisation d’une membrane et conduisent à la séparation des petites molécules d’avec les grosses molécules, peut être représentée par la figure 1.

• Dialyse : sur la figure 1a, la solution concentrée A contient des molécules de masses moléculaires élevées, des ions minéraux et des petites molécules. Les ions et les petites molécules traversent la membrane et passent dans le compartiment B jusqu’à ce que leur concentration soit égale de part et d’autre de la membrane, si l’on ne change pas l’eau en B (dialyse à l’équilibre), ou jusqu’à élimination totale si l’on renouvelle périodiquement ou en continu l’eau distillée du compartiment B. Les grosses molécules restent en A.

• Ultrafiltration : bien que le terme ultrafiltration comprenne le mot filtration, cette technique ne s’adresse pas à la séparation d’un mélange hétérogène solide + liquide, mais au même type de mélange que dans le cas de la dialyse.

  Sur la figure 1b I, on exerce une dépression au-dessus du compartiment B, la séparation des molécules est du même type que dans la dialyse, mais l’eau traverse aussi la membrane dans le sens A vers B, conduisant ainsi à la séparation des grosses molécules des autres espèces chimiques ou ions minéraux, mais aussi à la concentration des grosses molécules au sein de la phase aqueuse. Cette technique est principalement utilisée pour la concentration des solutions protéiques.

  Sur la figure 1b II, on exerce une pression au-dessus du compartiment A ; les petites molécules et les ions traversent la membrane ainsi que l’eau. Le phénomène est identique au précédent, mais il est possible d’exercer une pression supérieure à la dépression qui s’exerce en I (dans ce dernier cas, elle pourrait au maximum être égale à la pression atmosphérique).

• Osmose inverse : (figure 1c) : on exerce, au-dessus du compartiment renfermant la solution concentrée, une pression supérieure à la pression osmotique de celle-ci. L’eau traverse la membrane semi-perméable asymétrique.

  Dans le cas de l’ultrafiltration et de l’osmose inverse, il est indispensable que la membrane repose sur un support mécanique poreux pour résister à l’effet de la pression qui risquerait de provoquer déformation ou rupture de la membrane.

  Dès 1853, Dubrunfaut propose d’utiliser la dialyse (sans la nommer) pour séparer industriellement les sels de potassium (chlorure et nitrate) du saccharose des mélasses dont ils gênent la cristallisation ; la membrane utilisée était en parchemin et cet auteur montre que le saccharose traverse cinq fois moins vite que le chlorure de potassium. C’est en 1861 que Graham utilise plus largement ce procédé et lui donne le nom de dialyse en réservant le terme de cristalloïde aux substances qui traversent la membrane et celui de colloïde pour celles qui ne la traversent pas.

  Dans l’appareil utilisé à l’origine, la solution à dialyser est séparée du liquide « accepteur » appelé dialysat par une membrane qui, à l’époque, était en parchemin (papier traité à l’acide sulfurique puis lavé). Les petites molécules et les ions traversent la membrane en fonction de leur taille. Par la suite, des noms différents furent proposés pour la solution à dialyser et le dialysat : c’est ainsi que l’on appelle la solution à dialyser rétentat pour bien indiquer qu’il y a des molécules qui ne traversent pas la membrane et sont retenues. Le côté opposé, classiquement dénommé dialysat, porte aussi le nom de diffusat, plus rarement celui de perfusat ou de perméat et, parfois, liquide de contre-dialyse dans le cas de certains automates d’analyse.

  Si la dialyse fut utilisée à l’origine par les biochimistes pour purifier les solutions protéiques et les débarrasser des ions minéraux du tampon ou des réactifs de relargage, elle doit incontestablement son essor aux travaux de Kolff qui, en 1943, rédige un article paru l’année suivante sur l’épuration extrarénale et le premier rein artificiel faisant appel à une membrane de cellulose.