L’imagerie par spectrométrie de masse appliquée à l’étude du bois

ions correspondant à de la lignine après irradiation d’une surface de bois par une source de gallium. Les fragments détectés permettent de distinguer les types de monomères constituant la lignine [29]. La même année et par la même équipe, un article a été sur la localisation par imagerie TOF-SIMS d’un diterpène phénolique (le ferruginol) entre l’aubier et le duramen du cèdre de Japon. Le ferruginol avait été détecté de manière homogène dans le duramen [30]. En 2007, la préparation d’échantillon de bois destinée à l’imagerie TOF-SIMS a été l’objet d’un article publié par Tokareva et al. Ce travail consistait à déterminer la composition en lignine et en éléments inorganiques au niveau des ponctuations présentes dans l’épinette de

101 Norvège. Mais la préparation d’échantillon proposée est exclusivement réservée à l’analyse des polymères de structure du bois et des éléments inorganiques. En effet pour retirer l’effet matrice induit par les extractibles du bois, une étape de lavage a été utilisée [31]. En 2008, la distribution spatiale de l’hinokinine a été étudiée pour discerner l’aubier du duramen dans du bois de cyprès japonais décoloré utilisé pour la construction de temple japonais. Il a été remarqué que l’hinokinine est localisée exclusivement dans les cellules de rayon de parenchyme et est plus abondante à la frontière entre la zone de transition et le duramen [32]. Ensuite, la même équipe publie un article portant aussi sur la duraminisation du même résineux mais en étudiant cette fois la distribution des lignines et des éléments inorganiques. Il a été observé une homogénéité dans la distribution des lignines mais une diminution de l’intensité de certains éléments comme le sodium, le magnésium et le calcium [33]. La Figure 16 illustre les formules brutes des ions fragments des différents monomères constituant la lignine.

Figure 16 :Liste des formules brutes des fragments de lignine obtenus en TOF-SIMS [29,33].

En 2011, Goacher et al. ont publié un article où 44 ions ont été attribués soit à la lignine soit aux polysaccharides [34]. Zhou et al. ont publié leurs résultats sur la distribution des motifs G et S de la lignine entre deux cellules de parenchyme de peuplier (Populus

trichocarpa) [35]. Pour cela, il a été nécessaire de nettoyer la surface à analyser avec un

faisceau de fullerène pour retirer les dommages des cellules induits par la préparation d’échantillon (fixation au formaldéhyde-acide acétique-éthanol puis coupe au microtome). Des enrichissements en lignine G ont été observés au niveau de la lamelle mitoyenne. Ces résultats ont été illustrés en Figure 17. Les premiers résultats d’imagerie trois dimensions sur du bois en employant la technique dual-beam ont été publiés par Jung et al. en 2012 [36]. Cette technique a été appliquée à l’analyse de bois de tension présentant une couche G dans

Application de l’imagerie par spectrométrie de masse aux substances naturelles

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la paroi secondaire des cellules. Une forte intensité des ions fragments de la cellulose a été mesurée dans la couche G alors que dans la couche S2 et dans le coin de cellule (lamelle mitoyenne et paroi primaire) le signal de la cellulose est plus faible. Ensuite, l’équipe de Kazuhiko Fukushima a mis au point un système cryo-TOF-SIMS/SEM pour une analyse de surface d’échantillon congelé de cèdre du Japon [37]. Cette technique a été utilisée pour détecter l’ion H3O⁺ afin de connaitre la distribution de l’eau dans l’échantillon. En 2014, Saito et al. ont publié des résultats sur la localisation de l’aluminium dans de l’érable du Japon (Acer micranthum) [38]. Dans cet article, figure la distribution de l’aluminium et d’autres éléments inorganiques, dont le calcium. L’aluminium a été détecté dans les parois des cellules de parenchyme, à proximité des vaisseaux.

Figure 17 : Intensités des ions fragments caractéristiques de la lignine type G (a) et de type S (b) et rapport des intensités Lignine G/S (c) en fonction de la distance. Superposition deux couleurs des images ioniques correspondant aux ions fragments de la ligne G (en rouge) et de la ligne S (en vert). La ligne blanche représente la zone du balayage

de a, b, et c [35].

Il a donc été montré que l’imagerie par spectrométrie de masse et surtout l’imagerie TOF-SIMS est efficace pour étudier la distribution spatiale de métabolites, d’éléments inorganiques et de polymères de structure du bois. C’est pourquoi cette méthode a été sélectionnée pour étudier les changements métaboliques s’opérant autour de la zone de transition d’une espèce tropicale appelée Dicorynia guianensis, connue aussi sous le nom d’Angélique en Guyane française et Basra Locus au Surinam. Cette espèce de la famille des Fabaceae-Caesalpinioideae est connue pour être l’une des espèces les plus exploitées en Guyane française (20000 m³ de grumes produites chaque année soit ~37 % de la production de bois) [39,40]. L’intérêt de cette espèce en sylviculture est que son duramen est considéré imputrescible. Le duramen de D. guianensis résiste aux champignons, est peu sensible aux termites ainsi qu’aux tarets (mollusques bivalves s’attaquant au bois). De plus, cette espèce est capable de supporter des tensions supérieures à celle du teck et du chêne blanc, à

103 l’exception de tensions perpendiculaires. Le rétrécissement entre le bois frais (dit le bois vert) et le bois sec est moins important que pour le chêne blanc. Le bois de D. guianensis contient en outre entre 0,20 et 1,70 % de silice.

À cause de la variation de couleur entre les différents individus, trois formes de

D. guianensis ont été établis [41].

 La première forme est caractérisée par un duramen brun lorsque l’arbre est abattu et devient brun terne avec le temps. Cette forme est appelée Angélique gris.

 Un duramen violacé caractérise la seconde forme surnommée Angélique rouge.

 Lorsque le duramen est gris-clair l’arbre est appelé Angélique blanc ce qui forme le troisième type.

Ces différences de couleur de duramen sont attribuées à des différences environnementales et non pas génétiques [41].