#2 - Les principaux composants du bois

Comprendre la composition du bois : une étape essentielle pour imaginer des procédés de valorisation plus durables

Les principaux composants du bois

Le bois est constitué de trois composants principaux : la cellulose, les hémicelluloses et la lignine. Les extractibles, comportant de très nombreuses familles de molécules, mais dont le pourcentage total n’excède en général pas 5 % en masse du bois, constituent la quatrième famille de composés du bois. Enfin on peut trouver de très faibles quantités de pectines et de composés minéraux.


 

60 à 70 % du bois est composé de polymères de sucres

La photosynthèse conduit à la formation de sucres lors de la biosynthèse des plantes. Ces sucres, aussi appelés saccharides ou hydrates de carbone, subissent ensuite des réactions de polymérisation enzymatiques conduisant à la formation de polysaccharides (polymères de sucres) dans les plantes. Le sucre le plus connu, et le plus répandu dans la biomasse végétale, est le glucose, un hexose de formule chimique C6H12O6.
La photosynthèse : x(CO2)+ x(H2O) + Énergie → CxH2xOx + xO2


 

La cellulose

Le premier composant du bois, représentant en masse entre 40 à 50 % du bois sec, est la cellulose. C’est un polysaccharide constitué d’unités glucose, reliées entre elles par la liaison osidique β-(1,4). Son degré de polymérisation moyen (nombre moyen d’unités glucose composant la cellulose) dans le bois peut aller jusqu’à environ 10 000.


Molecule de cellulose

Figure : La molécule de cellulose



 

Les hémicelluloses

Les hémicelluloses constituent le second composant du bois (20 à 30 % en masse du bois sec). Ce sont des hétéropolysaccharides constitués des cinq sucres principaux suivants : le glucose, le mannose et le galactose, qui sont des hexoses ; et le xylose et l’arabinose qui sont des pentoses. Leur degré de polymérisation est beaucoup plus faible que celui de la cellulose, leur degré de polymérisation dans le bois étant de l’ordre de 100 à 200. 

Principaux sucres composant les hémicelluloses du bois
Figure : Principaux sucres composant les hémicelluloses du bois 

 

La lignine

20 à 30 % de la biomasse végétale terrestre est composée de lignine, seule macromolécule naturelle contenant des noyaux aromatiques en quantité significative.
La lignine est le troisième composant du bois (20 à 30 % en masse du bois sec). C’est une macromolécule composée d’unités phénylpropane reliées entre elles par des liaisons éther ou des liaisons carbone-carbone. La figure ci-dessous présente les trois types d’unité trouvés dans la lignine : les carbones du noyau aromatique sont numérotés de 1 à 6, alors que les trois carbones de la chaîne propane sont appelés Cα, Cβ et Cγ. 

La lignine présente de grandes variations de structure selon le type de biomasse végétale, en raison de la nature des liaisons et des substituants sur le noyau aromatique. Dans les bois résineux, on trouve une majorité d’unités guaïacyles (un groupement méthoxyle sur le noyau aromatique) ; alors que dans les bois feuillus ou les plantes annuelles, des unités guaïacyles et syringyles (deux groupements méthoxyles par noyau aromatique) sont présentes.
Différents types d’unités phénylpropane de la lignine  
Figure : Différents types d’unités phénylpropane de la lignine

Unité guaiacyle : R1 = H, R2 = OCH3 
Unité syringyle : R1 = R2 = OCH3 
Unité p-hydroxyphényle : R1 = R2 = H


 

Les extractibles

Les extractibles constituent la quatrième famille de composés du bois. Cette famille regroupe de très nombreuses molécules que l’on peut répartir dans les sous-familles suivantes : les tannins hydrolysables et condensés, des composés terpéniques (les monoterpènes, volatiles, et les di-, tri-, tétra-, terpènes), ainsi que des polyphénols. Graisses, cires, acides gras et alcools aliphatiques constituent une autre famille d’extractibles du bois. 


 

Mieux connaître le bois pour mieux le valoriser 

Cellulose, hémicelluloses, lignine et extractibles ont des structures et des propriétés différentes. Leur séparation et leur purification permettent donc d’envisager des voies de valorisation adaptées à chacun d’entre eux. 
Comprendre la composition du bois constitue une première étape essentielle pour imaginer des procédés de valorisation plus durables de la biomasse végétale en produits et matériaux biosourcés et en bioénergie.


Un article rédigé par
Christine Chirat
Professeure, Chimie de la biomasse végétale et Procédés de bioraffinerie de la biomasse végétale
Grenoble INP - Pagora / LGP2
   



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