Auteur: Corbier Charles

1.  Introduction à la composition du bois

Quand on analyse chimiquement un élément de bois, il est important de noter que l'on tient compte des conditions normales dans lesquelles le bois est abattu (en hiver sous nos latitudes). Ainsi obtient-on l'analyse brute du bois, que nous détaillerons. Il existe un grand nombre d'essences forestières de par le monde, et, en les comparant, on retrouve une certaine constance dans la composition générale du bois.

2.  Les principaux constituants du bois

Voici présentés les trois principaux éléments dont on tient généralement compte pour caractériser le bois. Les pourcentages suivants se basent sur une composition moyenne en poids (ou en masse) pour une espèce quelconque, donc tout à fait générale:

  • 59% d'éléments combustibles ou comburants, donc qui se transforment en gaz durant la phase de combustion; c'est le cas de l'oxygène O, de l'hydrogène H, de l'azote N, ainsi que du carbone C;
  • 40% d'eau, en tenant compte d'un abattage récent de l'arbre, de son écorce, du bois constituant son tronc mais aussi de celui de ses branches;
  • 1% de cendres minérales ou métalliques; le résultat est obtenu en faisant complètement brûler la sciure dans une flamme très chaude et en récoltant le résidu solide formé uniquement de la partie dite non combustible.
    Il est à noter que parmi toutes les espèces d'arbres, le hêtre (Fagus sylvatica L.) figure en bonne place parmi les espèces dont la composition chimique se rapproche le plus de ces résultats moyens (respectivement 59,35%; 40%; et 0,65%).

Ainsi, le bois contient les trois principaux constituants que sont l'eau, les cendres, et les principes élémentaires. Il ne contient environ qu'1 à 1,5% d'éléments minéraux.

L'eau, molécule indispensable

L'eau est le principal constituant de la sève, même si les parois des cellules végétales en sont également imbibées. La teneur en eau, suivant l'espèce, varie assez bien, pouvant aller par exemple de 19% pour du bois de charme, à 48% pour du bois de peuplier d'Italie.

L'aubier, c'est-à-dire la partie jeune située à la périphérie, juste sous l'écorce, est toujours plus riche en H2O que le coeur de l'arbre. Les bois exposés à l'air libre se déssèchent lentement sans jamais se déshydrater complètement. Ces bois dits "secs à l'air" conservent en permanence une teneur en eau comprise entre 15 et 20% de leur masse. On peut trouver dans le bois des éléments aussi diversifiés qu'inattendus, tels que le soufre, le phosphore, le chlore, le silicium, le potassium, le calcium, le magnésium, le fer et le sodium, ainsi que, dans une moindre mesure, des métaux tels que l'aluminium, le zinc ou encore le bore. Tous ces éléments sont observés à partir de l'analyse de cendres de feu de bois.

3.  Les composés moléculaires importants tels que la cellulose et la lignine

En effet, entrons à présent dans la partie qui nous intéresse. La chimie organique est la science qui s'établit ici pour expliquer de quoi les cellules constituant le bois d'un tronc d'arbre sont formées. On distingue deux constituants principaux. La cellulose (entre 200 et 14000 monomères de D-glucose), et la lignine(qui représente selon les espèces, entre 15 et 35% du bois des Angiospermes (= plantes à fleurs) et des Gymnospermes(= plantes à graines)).

La biomasse cumulée entre la cellulose et les lignines représente environ 70 % de la biomasse totale.

3.1  La cellulose

C'est le constituant majeur de la paroi de toutes les cellules, qui consiste en un glucide, polymère en bêta 1-4 de cellobiose (produit de la dégradation de la cellulose), qui est un composé formé de la condensation de deux glucoses unis en bêta 1-4, dits aussi "oses".

La représentation suivante montre trois fois la même chaîne, vue différemment.

  • Le premier schéma est purement théorique, les cycles ayant été représentés sous forme d'hexagones parfaitement réguliers;
  • Le deuxième schéma est plus représentatif de la réalité, car les liaisons chimiques qui s'établissent au sein de la molécule tendent à déformer la structure telle qu'on l'imagine dans le premier schéma;
  • Enfin le troisième et dernier schéma met en évidence les liaisons Hydrogène qui s'établissent entre les monomères consécutifs et inversés de la molécule.

Ces molécules de cellulose ne sont pas libres, mais associées entre elles par des ponts H entre les chaînes, constituant des microfibres extrêmement résistantes, empêchant ainsi toute rotation d'un cellobiose (= produit de la dégradation de la cellulose) par rapport à un autre.

La cellulose, associée aux pectines, un autre constituant du bois (mais non majoritaire), représente le constituant principal des parois primaires en assurant aussi bien la solidité du bois que son élasticité .

85% de la cellulose est présente sous forme de fibres verticales agencées de telle manière à pouvoir assurer le soutien de l'arbre, qui est une entité qui, rappelons-le, peut vite dépasser 30 mètres de hauteur. Dans les parois secondaires lignifiées (fibres et bois), la cellulose est associée à une autre matière importante, appelée la lignine.

3.2  La lignine

Il s'agit non pas d'un seul polymère, mais bien d'un ensemble de polymères complexes, cycliques, constitués d'un squelette phényl-propane (cycle de six carbones associé à une chaîne à trois carbones).

Voici présentés ci-dessus les trois monomères principaux de la lignine. On peut noter que les lignines de résineux présentent des monomères de type alcool coniférylique uniquement. Chez les feuillus, on trouvera de plus des alcools sinapyliques. Les plantes annuelles, quant à elles, possèdent des lignines plus complexes, dans lesquelles l'on retrouve l'ensemble des trois monomères.

Application pratique où l'utilisation de la lignine est bénéfique

Au niveau de l'industrie papetière, la lignine est utile dans le procédé de fabrication du papier. Celle-ci, extraite du bois, forme des liqueurs noires, dont la combustion fournit elle-même l'énergie nécessaire à la confection du papier, de par le caractère intensément exothermique de la réaction, et donc évite de devoir renouveler les bases nécessaires en début de cycle de fabrication. De cette manière, pas besoin d'apport extérieur en énergie, d'où un gain financier important!

Uniquement à titre informatif, et pour terminer, sachez que la lignine peut aboutir à la formation d'arômes (revoir "Les Arômatiques" du cours de chimie organique), comme l'arôme de vanille (dont le nom usuel est vanilline) qui peut être synthétisé à partir de cette molécule.

4.  Glossaire

  1. essence forestière: pour les forestiers, une essence forestière désigne le plus souvent une espèce d'arbre, mais également une sous-espèce ou variété qui présente un intérêt en sylviculture et qui a des exigences biologiques ou des emplois particuliers en industrie ou en artisanat;
  2. microfibrille: petite fibre microscopique;
  3. cellobiose: diholoside de formule brute C12H22O11. les diholosides sont des sucres eux-mêmes formés de deux simples sucres non-hydrolysables et ont une masse molaire constante de 342 g/mol. La cellobiose a pour nom officiel le β-D-glucopyrannosyl(1→4)D-glucopyrannose. Il peut être symbolisé par Glc-Glc;
  4. résineux: ce terme est abondamment utilisé pour désigner les conifères car la plupart de ces arbres, comme les sapins, les pins ou les cyprès produisent de grandes quantités de résines;

5.  Sources:

6.  Commentaires:

  • Belle présentation et les schémas sont bien clairs ! N'oublie pas de vérifier l'orthographe.(tw)
  • Sujet très intéressant... (jvo)
  • Tres bien structuré mais tu n'aurais pas dû numéroter le sous titre 2.1 à mois qu'il y'en a d'autres que t'as juste oublier de noter.(mw)
  • mw: Oui, c'est vrai que ce n'était pas nécessaire. Merci! tw: Merci; et orthographe vérifiée, en passant. Il subsistait quelques fautes, effectivement.(cc)