Le chanvre industriel « Cannabis sativa L. »

Le chanvre est une des plus anciennes plantes originaire d’Asie centrale, il est cultivé depuis plus de 8000 ans pour son intérêt dans les industries du textile et du papier mais aussi pour des usages médicamenteux (Karus, 2002). L’utilisation de sa fibre textile pour la fabrication des

cordages et des toiles était une activité importante en France. Au ⅩⅠⅩéme siècle, le chanvre a

perdu son importance en tant que matière première au profit du coton et des fibres synthétiques. Cependant, il y a eu récemment un regain d'intérêt pour le chanvre industriel en raison de ses différentes vertus (Bouloc, 2006). La France est le premier producteur de chanvre en Europe avec une superficie de culture atteignant en 2014, 10 500 ha (plus de 50% des surfaces européennes) (EIHA, 2015). Le chanvre est produit majoritairement dans les régions d’Anjou, de Bretagne, d’Auvergne, de Poitou-Charentes et de Berry (Figure 12) (Bouloc, 2006). Les variétés cultivées aujourd'hui ont des teneurs extrêmement faibles en composé à caractère psychotrope (tétrahydrocannabinol (THC)). En France, le taux de THC doit être inférieur à 0,2% conformément à la

Figure 12 : Les surfaces cultivées en chanvre. (France, 2013)

règlementation européenne. Au Maroc, la culture du chanvre remonte au Ⅶ^ème siècle, où il était produit de façon traditionnelle. Depuis 1956, le Maroc a interdit la culture du chanvre pour son usage sous forme de psychotrope. Actuellement, le Maroc s’ouvre sur des perspectives de développement socio-économique pour l’utilisation polyvalente de la plante du chanvre industriel. La figure ci-dessous montre les différents composants de la plante ainsi que leurs utilisations.

Figure 13 : Les différents composants et utilisations du chanvre industriel

Le chanvre est une plante herbacée dicotylédone appartenant à la famille des Cannabinacées.

Il est communément admis que le chanvre est associé à une espèce, Cannabinus sativa, qui se

subdivise en trois groupes ou sous espèces : Cannabis sativa : variété industrielle ; Cannabinus

ruderalis : forme dite sauvage ; Cannabinus indica : la forme psychotrope. L’espèce

« Cannabis sativa » fait l’objet des travaux de cette thèse. Cette plante se caractérise par une croissance rapide et un cycle cultural court, car elle peut être semée en mai et récoltée en septembre (Bouloc, 2006). La plante se caractérise également par ses racines profondes et très ramifiées, qui lui permettent d’augmenter sa capacité hydrique et d’améliorer la structure du sol tout en laissant la terre propre grâce à sa compétitivité face aux mauvaises herbes (Bouloc, 2006). Le chanvre présente de nombreux autres avantages qui font de lui une matière intéressante pour le secteur des bioénergies ; une résistance microbienne et à la sécheresse, un rendement élevé, pas de besoins en herbicides ou fertilisants, une croissance dans les sols contaminés et une utilisation pour les cultures de rotation (Rehman et al., 2013).

b) Morphologie et anatomie du chanvre industriel

i. La tige

Le chanvre est une plante annuelle et monopodiale, c’est-à-dire qu’elle est définie par une croissance de la tige en hauteur. Les tiges peuvent atteindre 2 à 4 m de hauteur avec un diamètre moyen de 1 à 3 cm, la croissance est dirigée de l’apex vers la base. La tige de chanvre présente une surface cannelée et ramifiée où s’insèrent des feuilles épineuses selon une disposition opposée tous les 10 à 30 cm. Des entre-nœuds de longueurs variables sont formés suite à une croissance différentielle (Bouloc, 2006). En fonction des conditions de culture, la morphologie peut varier en favorisant la mise en place de ramification avec une forte croissance en épaisseur,

Chènevotte Poudres Chènevis Fibres Paillage Litière animale Plastique renforcé Papier Huiles Isolation Litières animales Amendements organiques Chanvre industriel

ou bien une croissance de branches limitées avec une tige plus fine et plus haute (Amaducci et al., 2008).

Une coupe transversale de la tige de chanvre fait apparaitre plusieurs tissus végétaux (Figure 14). On distingue d’après la Figure 14, l’épiderme et le cortex, riches en fibres longues primaires et secondaires disposées en faisceaux, qui forment deux anneaux autour du bois central et participent au maintien de la tige. Le xylème ou bois central est appelé la chènevotte, il est constitué de cellules lignifiées, de fibres ligneuses, de vaisseaux et de rayons de cellules (Vignon et al., 1995). Le xylème est composé d’éléments conducteurs (vaisseaux) assurant la circulation de la sève. La coupe transversale du xylème sous examen optique laisse apparaitre sa structure alvéolaire. D’où son rôle de responsable de la circulation de la sève brute dans la plante. La Figure 14 montre également l’existence d’un creux au centre de la tige. Un processus de séparation mécanique (défibrage) est généralement réalisé afin de récupérer les deux fractions chènevotte et fibres.

Figure 14 : Coupe transversale d’une tige de chanvre examinée par analyse optique (Bouloc, 2006) (V: vaisseaux ; F : fibres xylémiennes)

ii. La racine

Le système racinaire de la plante se présente sous une forme pivotante, peu développé par rapport à sa biomasse aérienne. Les racines centrales peuvent atteindre des profondeurs d’environ 2 m mais les racines secondaires, considérées comme la partie racinaire la plus importante en masse, s’enfoncent de 10 à 60 cm (Bouloc, 2006).

iii. Les fleurs

La plante est caractérisée par de longues et fines fleurs. Leur formation débute durant la dernière phase de formation de la plante. Les inflorescences se distinguent en mâle et femelle. Les inflorescences mâles sont organisées en grappe généralement au sommet de la tige, formées de panicules plus ou moins lâches sans feuilles. Les fleurs femelles dépourvues de pétales, se composent de deux longs stigmates blancs, jaunes ou roses qui apparaissent par paire, à l'aisselle de petites feuilles (Figure 15) (Bouloc, 2006).

iv. La graine

Les graines de chanvre sont de forme ovoïde ou sphérique et elles mesurent de 3 à 5 mm de longueur. Chaque graine renferme deux cotylédons riches en substances de réserves (protéines et huile) (Bouloc, 2006).

Epiderme et cortex

Xylème

Figure 15 : Dessin anatomique du chanvre planche réalisée par (Köhler, 1898)

La figure 15 présente en A : les parties apicales mâles, en B : les parties apicales femelles, en C : Les anthères sont représentées individuellement et en D : l’inflorescence mâle, rassemblant les anthères en grappe. E. Les graines de chanvre, F : Les différents stades de maturité de la fleur femelle (Köhler, 1898).

c) La chènevotte : co-produit de l’exploitation du chanvre industriel

La chènevotte, en anglais « woody hemp», constitue le cœur central de la tige de chanvre. Elle se présente sous forme de copeaux de bois récupérés après l’opération de défibrage mécanique de la tige. Sa proportion est d’environ 65% de la masse sèche de la tige (Rehman et al., 2013). La chènevotte se caractérise par une grande affinité pour l'eau, cette capacité d’absorption et de rétention d’eau lui permettent de contenir jusqu’à quatre fois son poids en eau, d’où son utilisation comme litière. Elle trouve aussi des applications dans le bâtiment comme matériaux composites grâce à ses propriétés thermomécaniques.

Différents travaux ont été menés afin de mettre en évidence le potentiel de la chènevotte pour la production de bioéthanol (Barta et al., 2010; Gandolfi et al., 2013a; Moxley et al., 2008; Vignon et al., 1995). La chènevotte est composée de cellulose (~44%), des hémicelluloses (18-30%) et de lignine (21-28). Gandolfi et al. (2013) ont effectué une analyse complète de la composition chimique de la chènevotte. La quantification des fractions cellulose et

hémicellulose a été effectuée par hydrolyse acide (72% H2SO4), permettant leur décomposition

en sucres monomères. L’étude a suggéré que la fraction en holocellulose est comparable à celle du bois dur. De plus, la fraction hémicellulosique est composée principalement de glucuronoxylane et de glucomannane (polymères hémicellulosiques caractéristiques du bois dur) suite à une forte présence du xylose et de mannose (Gandolfi et al., 2013a). En conclusion, la chènevotte est classifiée comme faisant partie de la famille du bois dur. Sa composition, ses

propriétés, son faible coût et sa disponibilité font d’elle une source intéressante de cellulose pour la production de sucres fermentescibles.

3.4.2 L’alfa « Stipa tenacissima L. »