La biomasse lignocellulosique

La biomasse lignocellulosique 

La biomasse lignocellulosique est une ressource très abondante, renouvelable, et peu dispendieuse [2]. Elle est composée de cellulose (40 à 45 %), d’hémicellulose (25 à 35 %), de lignine (20 à 30 %), de matières extractibles (2 à 5%) et de matière inorganique (0.1 à 1 %) [11 , 12]. Longtemps exploitée pour la production d’ énergie sous forme de chaleur, son utilisation actuelle est principalement portée sur la construction, le papier, la production de produits chimiques [11] et de composites biosourcés à haute valeur ajoutée [12-15].

La cellulose 

La cellulose est un homopolysaccharide linéaire de glucose (C6H1 00 6). Elle est composée d’unités de répétition appelées cellobiose   qui se constituent de deux molécules de glucose placées à 1800 l’ une par rapport à l’ autre et reliées par des liaisons 1 ,4-β -anhydroglucose. L’enchaînement de ce motif constitue les fibrilles, qui se regroupent les unes avec les autres par l’ établissement de liaisons hydrogènes entre les alcools [16] présents sur les unités de glucose: deux alcools secondaires placés sur les carbones C2, C3 et un alcool primaire sur le carbone C6. Les fibrilles s’ organisent selon un arrangement bien défini alternant zones amorphes (désorganisées) et zones cristallines (parfai tement organisées).

Polymère naturel le plus abondant sur Terre [12], la cellulose est la molécule organique à la base des parois des cellules végétales. Extraite majoritairement du bois en raison de sa disponibilité, de sa facilité d’extraction et de son caractère renouvelable, la cellulose est le polymère naturel le plus exploité dans l’industrie, notamment à travers le papier. Ses remarquables propriétés physiques, sa chimie de surface et ses excellentes propriétés biologiques (une toxicité très faible) en font, aujourd’hui, une des voies de renouveau dans l’industrie papetière qui a été fortement touchée par la crise de ces dernières années [17]. Elle émerge d’autant plus sur le marché, qu’elle présente l’avantage d’être biodégradable contrairement à la majorité des plastiques. Il est également possible de l’obtenir via d’autres ressources, comme à partir d’algues, ou encore de bactéries [18,19].

Les hémicelluloses 

Les hémicelluloses   sont des hétéropolysaccharides non cristallins ramifiés composés de plusieurs types de sucres à cinq carbones (e.i. les pentoses), ou de six carbones (e.i. les hexoses), ainsi que de polyuronides (condensation d’acide uronique et d’oses). En plus du glucose, les sucres les plus couramment retrouvés dans les hémicelluloses sont le xylose, le mannose, le galactose, le rhamnose et J’arabinose [20]. Les variations de sa composition dépendent essentiellement de la plante dont elle provient et du milieu de celle-ci.

Ces hémicelluloses ont pour rôle de lier les filaments des fibres de cellulose entre elles en les enrobant, mais contrairement à la cellulose, elle est composée uniquement de zones amorphes et forme des chaînes plus courtes. Cette structure entrai ne de faibles propriétés mécaniques, une moins grande stabilité thermique et chimique ce qui rend son hydrolyse plus facile à réaliser. De plus, la présence de groupement R-COOH (groupement carboxyle) participe à l’ augmentation de sa solubilité en milieu alcalin. Malgré cela, l’hémicellulose, qui compose également les parois végétales, présente d’ excellentes propriétés barrière aux gaz, notamment à l’oxygène. Ceci vient du fait que ce polymère est capable de former un réseau macromoléculaire dense [16]. Grâce à cela, l’application majeure envisagée pour ce polymère est son utilisation dans les plastiques d’emballages alimentaires biosourcés, où cette capacité barrière à l’oxygène est essentielle pour optimiser la conservation des aliments.

Les lignines 

Les lignines sont les deuxièmes biopolymères renouvelables les plus abondants sur terre après la cellulose [12] et font partie des composants principaux du bois. À l’heure actuelle, il n’ existe pas de définition unique concernant sa structure très complexe et d’une grande variabilité. Son unité de base est considérée comme étant le monolignol, un monomère de phénylpropane, dont le degré de substitution et l’arrangement dans l’espace dépendront des conditions de croissance ainsi que de la nature de la plante d’où sera extraite la lignine. Cette unité de base se décline en trois alcools différents : l’alcool coumarylique ou p-hydroxyphényl, l’alcool coniféryl et l’alcool synapyl .

De même, les propriétés chimiques et physiques des lignines vont varier en fonction du procédé d’ extraction util isé. Au sein du règne végétal, on la retrouve essentiellement dans les tissus rigides de la plante ainsi que dans ceux servant au transport de l’eau. En effet, elle possède un réseau tridimensionnel hydrophobe qui lui donne ce caractère imperméable et qui lui permet de lier les cellules fibreuses formées par la cellulose et les hémicelluloses en renforçant leurs liaisons [12]. De par cette nature chimique complexe, la lignine est un matériau résistant à divers agents chimiques et à certaines dégradations biologiques (champignons, levures … ) [16]. Les recherches portent actuellement sur son utilisation comme source d’énergie et/ou de chauffage, car, étant majoritairement composée de phénol et pauvre en hydrogène (environ 6 %), la lignine offre un pouvoir calorifique important. La difficulté pour la dégrader donne également lieu à des recherches en vue de trouver des valorisations autres que ses utilisations actuelles comme par exemple le développement de colle à base de phénol, une conversion en molécule de vanilline, ou encore comme utilisation en tant qu’ émulsifiant, colorant ou agent de dispersion [12].