Fractionnement du matériel

Ce fractionnement sera fonction de sa nature, aubier, feuilles, racines, etc … et des analyses envisagées. Il commence en général par une étape de broyage suivie d’une étape d’isolement des différents composants :

2.3.1.1. Minéraux

Les minéraux sont obtenus par incinération du bois à haute température (600°C-850°C) sans requérir d’autre opération particulière.

2.3.1.2. Extractibles

L’obtention des extractibles à partir de la sciure se fait par l’utilisation de solvants, sous forme de mélange ou non. Le choix des solvants dépend fortement des structures chimiques des molécules à extraire (Macheix et al., 2005, Jodin 1994). Ainsi, des solvants tels que l’éther de pétrole, l’hexane ou le cyclohexane peuvent extraire des graisses, des acides gras, des stérols et des cires. Les alcools ou des mélanges azéotropiques constitués d’alcools et d’autres solvants organiques (éthanol-toluène) peuvent extraire les composés phénoliques. L’eau et certains mélanges aqueux peuvent extraire les hydrates de carbones, les alcaloïdes, les protéines et des minéraux.

2.3.1.3. Lignine

L’isolement de la lignine se réalise en général, après élimination des extractibles, par une étape de dégradation des polysaccharides du bois, permettant d’obtenir un résidu solide de lignine après filtration et donc élimination de tous les composés indésirables contenus dans la phase liquide. Parmi un nombre important de procédures et de variantes de ces dernières, les méthodes les plus fréquemment rencontrées sont appelées lignine à l’acide sulfurique (Klason), lignine à l’acide trifluoroacétique et la lignine à l’acide chlorhydrique (Willstätter). Elles consistent toutes en une hydrolyse en milieu acide et avec chauffage à température élevée, des liaisons glycosidiques des polysaccharides afin de récupérer le résidu de lignine plus résistant dans ces conditions de pH (Fengel et Wegener 1984). Ce type de méthode peut être appliqué également en milieu organique avec, par exemple une lignine au dioxane s’obtenant par mélange de la sciure dans du dioxane en présence d’HCl dilué.

La lignine CEL (cellulolytic enzyme lignin) est, quant à elle, obtenue à partir d’hydrolyse enzymatique des polysaccharides (Hu et al., 2006) dans des conditions plus douces que celles utilisées par les méthodes chimiques avec des températures de traitement aux alentours de 50°C. Les rendements sont plus élevés avec une lignine plus proche de la structure native, le seul inconvénient résidant dans une durée de traitement pouvant dépasser 48 heures.

Une approche remarquable est utilisée Björkman (milled wood lignine MWL) (Fengel et Wegener 1984) permettant d’obtenir une lignine soluble dans des conditions respectueuses de la structure macromoléculaire. Dans ce cas, la lignine est extraite à partir de sciure finement broyée par un mélange eau/dioxane (4/96) sous atmosphère inerte pendant 24 heures avec un rendement moyen.

2.3.1.4. Holocellulose

De manière similaire à l’isolement de la lignine par dégradation et suppression des autres composants du bois, les méthodes d’isolement de l’holocellulose sont basées sur l’élimination de la lignine et portent donc le nom de méthode de délignification. Parmi de très nombreuses références, on peut citer quelques grandes méthodes à l’origine de nombreuses variantes : Le procédé Kraft est la principale méthode utilisée dans cette catégorie par l’industrie papetière. Durant ce procédé, la cuisson standard utilise une solution de soude et de sulfure de sodium à 170°C pendant 2 à 5 heures. La lignine est ainsi solubilisée en fragments de différentes tailles (Fengel et Wegener 1984).

Les procédures généralement utilisées pour l’isolement de l’holocellulose, font appel à différents réactifs. Ainsi la sciure peut être traitée alternativement avec le chlore et le 2-aminoethanol jusqu'à l’obtention d’un résidu blanc (holocellulose). Mais la plus utilisée, est la délignification de l’échantillon grâce à une solution acide de chlorite de sodium (Pettersen 1984 ; Rowell et al., 2005). Les températures et les temps de réactions varient selon les auteurs. Le résidu d’holocellulose obtenu, est rincé à l’eau et séché afin de déterminer sa masse.

a) hémicelluloses

Les hémicelluloses peuvent s’obtenir à partir de la fraction d’holocellulose déjà isolée, principalement par des extractions successives de l’holocellulose avec des solutions alcalines

de NaOH, KOH, H3BO3, Na2B4O7 et NH3 de concentrations différentes et croissantes, qui

permettront d’isoler différents types d’hémicelluloses. La précipitation sélective avec

Ba(OH)2 est une autre méthode de séparation très utilisée, basée sur le taux de mannanes

présent dans la composition des différents fragments et l’insolubilité du complexe formé entre le barium et les fonctions hydroxyle en configuration cis du squelette mannose (Fengel et Wegener 1984). Mais du fait de l’impossibilité de trouver une méthode véritablement universelle, les isolements d’hémicelluloses se font par combinaisons des conditions afin d’avoir les résultats les plus précis possibles.

b) cellulose

Les méthodes précédemment décrites permettent un enrichissement du résidu en cellulose et constitue une des possibilités pour obtenir de la cellulose.

L’isolement de la cellulose a fait l'objet d'un grand nombre d'études et consiste plus exactement en un enrichissement en cellulose. Les méthodes d'enrichissement peuvent être divisées en deux grandes catégories suivant la nature des solvants utilisés. L'extraction peut se faire en milieu fortement basique ou en milieu acide.

L’isolation de la cellulose peut se faire selon les méthodes alcalines, à partir de sciure ou d’holocellulose. Si on a besoin de conserver les différents constituants de l'échantillon intacts, on peut utiliser deux méthodes.

L’holocellulose obtenu est extrait avec différentes concentrations d’hydroxyde de potassium et d’hydroxyde de sodium jusqu'à purification de la cellulose. La cellulose ainsi isolée après plusieurs répétitions d’extractions à un rendement faible. Des rendements élevés de cellulose, sont obtenus en utilisant la sciure de bois au contact d’une solution de chlorine et de dioxyde d’azote dans le dimethyl sulfoxide. Dans la littérature, de nombreuses modifications de ces

méthodes sont misent en place afin d’augmenter les rendements et d’obtenir la cellulose la plus pure possible (Fengel et Wegener 1984).

La seconde méthode d'extraction utilise plusieurs lavages dont un avec de l'eau oxygénée.

Si on ne veut pas récupérer les hémicelluloses et la lignine, il existe une méthode beaucoup

plus rapide qui consiste à immerger l'échantillon dans une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à deux moles par litre à 70°C pendant 5 heures.

Des méthodes d’hydrolyses acides de sciure ou d’holocellulose peuvent également permettre d’isoler la cellulose. Elles peuvent également se faire en complément du fractionnement de la sciure ou l’holocellulose, au niveau des dernières étapes d’isolation des hémicelluloses. La

méthode d’Adams avec pour réactifs l’eau, l’acide acétique glacial et le chlorite de sodium

conduit à la destruction de la lignine. D’autres méthodes sont fréquemment utilisées, avec l’acide sulfurique (72%) et l’acide trifluoroacétique comme agents d’hydrolyses. Les quantités et concentrations des acides peuvent varient en fonctions des auteurs (Pettersen 1984 ; Karr et al., 1991 ; Rowell et al., 2005).