Lignine

Sans elle, point de chêne ni de roseau, et avec elle, peut-être dans un avenir proche, une source de combustibles substituts du pétrole

La lignine est un des principaux composants du bois, avec la cellulose, l’hémicellulose : c’est le deuxième biopolymère renouvelable le plus abondant sur Terre, après la cellulose. A elles deux, elles cumulent plus de 70 % de la biomasse totale. Dès 1839, le chimiste français Anselme Payen parlait d’une « matière incrustante » qui avait un pdf exclusivement mécanique avec la cellulose. C’est en 1856 que le terme lignine fait son apparition pour la première fois dans une publication du chimiste Franz Ferdinand Schulze.

Sans lignine, le bois serait impropre à une utilisation mécanique. En effet, si la cellulose a des propriétés mécaniques exceptionnelles en traction et compression, la lignine en se déposant dans la paroi secondaire de certaines cellules végétales, confère cette rigidité, notamment en compression transversale. De plus, la lignine possède un pouvoir d’imperméabilisation des cellules, du fait de son hydrophobicité. On trouve ainsi des parois imprégnées de lignine (lignifiées) dans les cellules de tissus servant au soutien de la plante (sclérenchyme) ou au transport de l’eau et des sels (xylème).

Bien que la lignine soit un réseau tridimensionnel hydrophobe complexe, les trois « briques » la composant sont des composés issus de la biotransformation de la phénylalanine, acide aminé synthétisé par les plantes à partir de la cellulose. Ces briques (les monolignols), basées sur le squelette du 4-hydroxy phénylpropane, diffèrent par le nombre de groupements méthoxy OCH3 portés par le cycle aromatique : alcool coumarylique (0 OCH3), alcool coniférylique, (1 OCH3) et alcool sinapylique (2 OCH3), appelés respectivement unités H, G et S. L’alcool coniférylique est très abondant (80 %) chez les conifères (gymnospermes) et l’alcool sinapylique (50 %) chez les angiospermes. Il convient donc de parler de lignines et non d’une lignine !

La polymérisation n’est pas linéaire, car de nature radicalaire et induite par des enzymes oxydantes des familles peroxydase et laccase. La condensation des monolignols entre eux conduit à des réseaux qui s’interpénètrent dans le réseau de cellulose. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, ce n’est pas la paroi « secondaire » des éléments du bois qui est la plus lignifiée, mais plutôt la partie mitoyenne entre les cellules, ce qui renforce la cohésion et donc la résistance mécanique du bois.

La lignification confère au bois une grande hydrophobie essentielle pour la bonne circulation de la sève au travers de canaux. De plus, le bois coupé et séché a une densité inférieure à 1 : placé dans l’eau, il continue de flotter, car il ne s’imbibe pas d’eau grâce à la lignine.

Les lignines -pour leur pouvoir calorifique important- sont recherchées dans les bois de chauffage. Par contre, elles sont gênantes dans l’industrie papetière, car responsables notamment du jaunissement du papier après exposition au soleil. Ce sont de plus les produits chlorés et organochlorés trouvés dans les effluents d’extraction de la lignine (délignification) des pâtes à papier qui rendent cette industrie polluante. Depuis quelques années les industriels papetiers ont entrepris des recherches pour modifier génétiquement le bois, en créant des OGM-bois, ou arbres-GM (AGM) pauvres en lignine ! Des essais de modifications génétiques sont en cours dans plusieurs pays, mais on parle peu…

Le complexe lignine-hémicellulose-cellulose serait une ressource renouvelable importante si l’on savait maîtriser sa transformation, notamment par procédés biotechnologiques. Les champignons xylophages, dont le champignon de la pourriture blanche, sont très étudiés pour leur intérêt pour :

    • l’amélioration et l’humification des sols,
    • le traitement selon des procédés propres de la lignine produite par l’industrie papetière,
    • la production de combustibles fluides, de composés à haute valeur ajoutée (composites, polymères) ou de produits d’intérêts agro-alimentaire et pharmaceutique.
      Des résines à bases de lignine sont déjà utilisées comme agent de charge et liant pour agglomérer les particules des panneaux de bois, renforcer des caoutchoucs, ou charge adhésive dans les colles à froid à base d’aminoplastes et de phénoplastes.

Enfin, la pyrolyse de la lignine pendant la combustion du bois ou du charbon de bois produit des molécules aromatiques comme le gaïacol, le syringol et leurs dérivés. En fumaison, la lignine sous forme de bois dur est une source importante de ces deux composés qui donnent l’arôme et le goût caractéristiques aux produits fumés.

D’où la pensée chimique du jour
« De la fumée de tout bois, mais pas de fumé sans lignine !  »

Sources

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