Source de variabilité de la composition chimique de la fibre

Les écarts que l’on trouve selon les sources bibliographiques ont trois origines principales :

- la variabilité naturelle,

- des caractéristiques spécifiques d’échantillonnage,

- et des problèmes liés à la méthode d’analyse qui mettent en évidence : (i) la difficulté à séparer chimiquement les trois principales composantes lignocellulosiques et (ii) les difficultés de les isoler sans les modifier.

Dans la partie qui suit nous allons traiter de la variabilité naturelle de la composition chimique de la biomasse fibreuse et de l’effet des pratiques sur cette composition.

La biomasse résiduelle produite par la culture de canne à sucre varie en fonction du rendement et des principaux facteurs de variations qui lui sont associés, l’âge de la culture, la variété, les modalités de récolte et les conditions pédoclimatiques (Pouzet, 2011).

Les caractéristiques physiques et la composition chimique des fibres varient avec l’âge des tissus et changent donc en fonction de la position des fibres le long de la tige. La tige de canne présente donc une répartition hétérogène de fibres dont la qualité et la composition peuvent être modulées par l'environnement. En effet, les caractéristiques morphologiques (longueur et diamètre) des entre-nœuds dépendent de la variété et de tous les facteurs trophiques (climat, fertilisation, cycle, variété, maladies et parasites, niveau de tallage…). Ces caractéristiques sont donc modulables par l’itinéraire technique (Pouzet, 2011).

Il existe une grande variabilité variétale de dureté des tiges de canne à sucre. Le dépaillage artificiel accroît la dureté de l’écorce alors que l’irrigation la diminue et la verse la retarde. La dureté est donc directement liée à la teneur en fibre, on notera qu’elle est beaucoup plus élevée chez S. spontaneum que chez S. officinarum (Pouzet, 2011).

Le caractère engainant des feuilles a également une origine variétale ainsi c’est un critère contre-sélectionné dans les schémas de sélection classiques. Toutefois, dans le cadre d’une production multi-usages le caractère engainant présente un intérêt car il permettrait

d’augmenter la biomasse résiduelle exportée de la parcelle. De plus, la teneur et la composition des fibres des feuilles étant différentes de celles des tiges, la sélection de ce caractère serait susceptible d’engendrer des modifications de la composition chimique de la biomasse récoltée et donc de la bagasse.

Les études qui portent sur l’évolution des composantes lignocellulosiques de la canne à sucre au cours du cycle ont été réalisées le plus souvent par des nutritionnistes animaux. De Andrade et al. (2004) observent des différences significatives entre deux âges (12 et 18 mois) pour la fibre, la cellulose, l’hémicellulose et la lignine. Cette variabilité semble également être un caractère variétal. Fernandes et al. (2003) ayant conduit une étude similaire sur un nombre de variétés plus réduit et selon trois âges (426, 487 et 549 jours) arrivent aux mêmes conclusions.

Kung et Stanley, (1982) ont étudié les variations de la composition de la biomasse de canne à sucre à Hawaï sur deux cycles de culture consécutifs. Les cannes ont été récoltées en vierge à 6, 12 et 24 mois et en première repousse à 9 et 15 mois. Il apparaît que les valeurs de fibre, cellulose et hémicellulose diminuent au cours du cycle alors que la lignine ne varie pas de façon significative au cours du cycle. Les valeurs à 6 et 24 mois oscillent entre 68,3 et 52,6%, entre 30,9 et 24,5%, entre 26,9 et 18,4% et entre 6,3 et 7,3% de la matière sèche aérienne pour la fibre, la cellulose, l’hémicellulose et la lignine respectivement.

Pate (1979) a étudié les variations de la composition de la biomasse de canne à sucre en Floride pour un cycle de 16 mois. Comme précédemment il apparaît que les valeurs de fibre et des composantes lignocellulosiques diminuent au cours du cycle excepté la lignine qui demeure relativement stable. Les changements observés sont à mettre en relation avec l’augmentation de la matière sèche aérienne qui correspond au stockage des sucres au fur et à mesure de la maturation de la culture.

Au cours du cycle la lignification s’intensifie avec l’âge de la culture ce qui induit également un durcissement des fibres au fur et à mesure de la croissance des tiges. Les composantes lignocellulosiques de la fibre varient donc dans la tige selon l’emplacement et l’âge des entre- nœuds. Ouensanga (1989) montre ainsi une diminution de la concentration en lignines et en hémicellulose de la base au sommet des tiges de canne à sucre. Il montre également un accroissement de la cellulose de la base de la tige à son milieu puis une décroissance du milieu à son sommet. D’autres travaux menés sur Miscanthus par Kaack et al. (2003) confirment les observations faites pour la lignine mais ce n’est pas le cas pour Ververis

Influences des facteurs agro-climatiques sur les modalités d’allocation de la biomasse produite aux différentes composantes lignocellulosiques des structures de la canne à sucre.

D. Sabatier – 2012

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facteurs qui restent à identifier et quantifier. De plus, on notera que les études ne sont souvent pas comparables, notamment à cause de mélange entre fraction anatomique et de l’expression des teneurs des composantes en pourcentage de la matière sèche ou fraîche.

La concentration et la composition en lignine varie entre taxons, tissus, types cellulaires, et couches de la paroi cellulaire, et du stade de développement de la plante ainsi que des conditions environnementales (Han et al., 2007). Plus récemment, la régulation négative d’un gène impliqué dans la biosynthèse des lignines a généré une réduction de la teneur totale en lignine et une accélération de la croissance en biomasse (Han et al., 2007). Ce type de relation antagoniste peut s’avérer être intéressant toutefois, il faut qu’il soit en adéquation avec les objectifs de production visés…

La perspective de nouveaux débouchés énergétiques impose de repenser les systèmes de culture afin d’optimiser le potentiel multi-usage de la canne à sucre. Jusqu’alors la production de sucre se faisait au détriment des autres composantes de la biomasse toutefois, entre le tout sucre et le tout énergie, il apparaît une large fenêtre d’optimisation des systèmes de culture pour répondre aux différents enjeux économiques et sociaux des pays producteurs de canne à sucre. Cette optimisation demeure cependant complexe car multi factorielle. La caractérisation des effets du génotype, de l’environnement et des techniques culturales sur l’élaboration de la qualité de la production, à travers la biomasse lignocellulosique et le sucre, est une étape essentielle dans la conception de systèmes de culture ciblant une production multi-usages.

Il apparaît possible de moduler la production des composantes lignocellulosiques à travers le choix variétal et le calage du cycle de culture. Le niveau de maturation de la plante, étant contrôlable par ces deux pratiques culturales, est donc un facteur déterminant de la qualité des fibres de la biomasse produite. La connaissance de l’évolution au cours du cycle des composantes lignocellulosiques, de leurs répartitions dans la plante et la compréhension des mécanismes qui les régissent en liens avec les conditions climatiques et les pratiques en est une autre. Cette matrice décisionnelle demeure toutefois complexe et son optimisation nécessite de faire des choix stratégiques qui seront fonction des objectifs de production ciblés. La modélisation semble donc être l’outil le plus adapté pour répondre a nos besoins d’optimisation

1.5. ETAT DES LIEUX DES MODELES DE CROISSANCE DE LA CANNE A