Fibres lignocellulosiques

La fibre lignocellulosique, renouvelable et très abondante, a attiré depuis des années l’ attention de plusieurs équipes de recherches à travers le monde pour des applications industrielles diverses: textiles techniques, pâtes et papiers, biocomposites, bioéthanol et activités de construction. Ces fibres ont été cultivées, transformées, et utilisées dans différentes zones climatiques du monde depuis  environ 5000 avant J.e. La production mondiale annuelle des fibres végétales est de l’ordre de 4 milliards de tonnes. Le bois  représente 68,5% de la consommation totale mondiale de fibres et il continuera d’être une source importante de fibres végétales.

Il existe beaucoup de similitudes dans les caractéristiques physiques et chimiques des fibres lignocellulosiques provenant des végétaux. Cependant, chaque type de fibre possède son propre et unique composition chimique, sa structure anatomique et ses propriétés physiques, chimiques et mécaniques. Aussi, avant l’ utilisation d’ une fibre naturelle, il est essentiel de connaitre ses caractéristiques ainsi que les facteurs influant sa performance.

L’ intérêt pour les fibres végétales, aujourd’ hui, est manifeste. En effet, il suffit de regarder le nombre croissant de publications concernant l’ utilisation des fibres naturelles ou modifiées, dans différentes applications industrielles surtout dans les deux domaines : composites et papier.

La consommation du papier dans le monde a augmenté de 50% durant les dernières décennies. Pour répondre aux inquiétudes concernant la déforestation, les industriels et les scientifiques cherchent d’ autres sources de fibres autres que le bois. Le choix s’ est porté essentiellement sur les plantes annuelles ou pérennes. Cette évolution s’ est accompagnée, aussi, d’ un développement technologique propre. Actuellement, dans les pays en développement, environ 60% des fibres cellulosiques, proviennent de matières premières non ligneuses telles que la bagasse, la paille de céréales, le bambou, les roseaux, l’ alfa, le jute, le lin, le sisal. Ces fibres végétales, de sources botaniques multiples, partagent la cellulose comme composante structurelle biologique fondamentale

Aujourd’ hui, en plus de leur utilisation dans l’industrie papetière, ces fibres sont utilisées comme renfort dans les matériaux composites. Ces derniers connaissent depuis la fin du siècle dernier un développement croissant et ceci en raison des restrictions environnementales.

Les fibres végétales naturelles sont des parois cellulaires ayant une structure fibrillaire, constituées essentiellement de cellulose, d’hémicellulose et de lignine en plus de composés en faibles proportions à savoir les cires, les lipides, les matières minérales et les composés solubles dans l’eau [3]. Les proportions de ces différents constituants dépendent énormément de l’espèce, de l’âge et des organes de la plante [4-6]. Cependant, la plupart des propriétés de la plante végétale sont régies par les trois composantes polymériques principales (cellulose, hémicellulose et lignine) [7]. Compte tenu de ces trois principaux constituants organiques, les fibres végétales sont donc collectivement dénommées fibres lignocellulosiques, matériels lignocellulosiques, ou simplement lignocellulose. Aussi, un des grands défis dans l’utilisation industrielle des matières lignocellulosiques est de comprendre la composition très variable et les attributs résultants de différences entre les espèces, ainsi que la variation souvent considérable entre les individus d’une espèce et même au sein de plantes individuelles [1].

La classification des fibres végétales est assez complexe. Selon la littérature, les fibres végétales peuvent être classées en trois catégories selon [8]:

➤ L’origine des fibres : de tige (kénaf, jute, lin, ramie, etc.), de feuilles (sisal, abaca, paille de graminées, etc.), de fruits (noix de coco) ou de graines (coton, kapok, etc.).

➤ La longueur des fibres: qui est fonction du procédé technologique utilisé pour son extraction. La plupart des fibres libériennes et les fibres issues de feuilles, considérées comme fibres longues, présentent des longueurs supérieures à 120-150mm. En revanche, les fibres ayant une longueur de fibres comprise entre 20 et 60mm, par exemple le coton, sont considérées comme étant des fibres courtes-discontinues.

➤ Les critères fonctionnels: (i) les fibres de faible rigidité, généralement issues de plantes annuelles pauvres en lignine (coton, chanvre, jute, lin), se caractérisent par un toucher doux; (ii) les fibres plus grossières présentant une rigidité en torsion et en flexion plus importante, sont plus dures et se caractérisent par une teneur en lignine plus importante. Des exemples typiques sont le bois, le sisal et l’abaca.

Malgré ces justifications, les classifications de fibres restent quelque peu arbitraires bien que souvent sont assez utiles.