Composition des polysaccharides du bois

Le bois est un tissu végétal rigide constituant les arbres. Il assure trois fonctions principales, la conduction de la sève brute des racines jusqu’aux feuilles, le soutien mécanique de la plante et la réserve de substances nutritives comme l’amidon. Les arbres peuvent être divisés en deux grandes familles, les bois feuillus et les bois résineux, différenciés par les types de cellules qui les composent. Les principaux constituants chimiques qui le définissent sont faits de polysaccharides (cellulose, hémicellulose) et de polyphénols (lignine). Il contient aussi d’autres constituants non structuraux (extractibles) en quantité mineure, qui sont composés majoritairement de substances à faibles poids moléculaires (tanins, terpènes, acides gras, etc.).

La cellulose 

La cellulose est le polymère naturelle plus abondant sur Terre, et le principal constituant du bois. Elle compose environ 40 à 45 % de la masse sèche pour les bois résineux et de 40 à 50 % pour les bois feuillus. C’est un homopolymère linéaire constitué d’unités D-glucopyranose reliées par des liaisons β  (1-4). Son unité répétitive est la cellobiose, constitué de deux motifs de glucose reliés par une liaison glycosidique C l-Q-C4 .

Une chaîne de cellulose possède une extrémité réductrice et une non réductrice. L’ extrémité réductrice correspond à l’unité glucose dont l’hydroxyle est libre et peut donc passer sous sa forme ouverte. L’extrémité non réductrice possède son groupement hydroxyle engagé dans une liaison osidique. Selon son origine et les procédés d’isolation employés, le degré de polymérisation peut varier de 10 000 pour de la cellulose native à 1000 pour les pâtes Kraft [7]. Dans la nature, les chaînes linéaires de ce biopolymère s’associent entre elles par formation de liaisons hydrogènes intra et intermoléculaires pour former des microfibrilles dans lesquelles des régions cristallines fortement ordonnées alternent avec des régions amorphes moins ordonnées. Le rassemblement de plusieurs micro fibrilles constitue la fibre.

Les hémicelluloses 

Les hémicelluloses sont des hétéropolysaccharides ramifiés représentant 20 à 30 % de la masse sèche du bois. Avec la cellulose, elles forment ce qu’on appelle l’holocellulose. Elles sont composées de saccharides à 5 et 6 carbones comme le xylose, l’ arabinose, le galactose, le glucose, le mannose, et les acides uroniques [8]. Les hémicelluloses de feuillus sont généralement plus riches en pentoses et sont composées principalement de galactoglucomannanes et arabinoglucuronoxylanes , alors que celles des résineux contiennent généralement davantage d’hexoses et sont composées principalement de glucuronoxylanes [7].

La lignine 

L’histoire de la lignine ne date pas d’aujourd’hui, mais elle fut longue à s’écrire. En effet, c’est en 1838 que le français Anselme Payen traita du bois par de l’acide nitrique et de la soude caustique et obtint deux produits différents. Il appela le premier produit « cellulose », mais ne nomma pas le second qui était caractérisé par une teneur en carbone plus élevée, le considérant comme un « matériau incrustant» noyant les fibres de cellulose. Ce n’est qu’en 1865 que Schulze employa pour la première fois le terme de « lignine» et confirma la « théorie d’incrustation» [8] [9] [10]. Par la suite, depuis les années 1960, la recherche sur la lignine s’est fortement accélérée lorsque de nouveaux outils analytiques modernes sont apparus. De plus, du fait de la forte présence des industries de pâtes et papier, la recherche sur les lignines s’est beaucoup développée au Québec. Dorénavant, du fait que la lignine est un des matériaux renouvelables les plus abondants sur Terre, de nombreuses études sont réalisées pour lui trouver des applications de plus grandes valeurs.

Structure de la lignine 

La lignine est un polymère amorphe tridimensionnel relativement complexe, dont la structure peut varier selon l’espèce végétale, selon la partie de la plante étudiée ou encore selon des paramètres moins explicite comme les conditions climatiques de croissance, le sol, l’âge de l’arbre [2]. .. De plus, les procédés industriels de séparation qui ont principalement pour but de produire de la cellulose ont aussi une forte influence sur la structure de la lignine étudiée en la modifiant de la structure native. L’influence des procédés d’extraction est une des raisons de la complexité de définir la structure de la lignine à un seul modèle [3]. C’est pourquoi les études menées sur ce polymère ont souvent tendance à ne pas dire « la lignine », mais « les lignines ».

La lignine est l’un des constituants structuraux principaux du bois, liés à la cellulose et aux hérnicelluloses, elle constitue les parois cellulaires de la plante. Les feuillus contiennent environ 25 % de lignine tandis que les résineux en contiennent environ 30 % [11].