1.2 Des macromolécules au comportement
mécanique de la paroi cellulaire
1.2.1 Les polymères fondamentaux de la paroi
cellulaire
La matière constitutive de la paroi de la cellule
ligneuse est généralement assimilée à un
mélange de macromolécules de plusieurs bio
polymères, pour l'essentiel de la lignine (ou plutôt des
lignines), des hémicelluloses et de la cellulose. De récents
travaux ont montré qu'il n'existe pas réellement de
différence significative au niveau de la composition chimique
massique entre les conifères et les feuillus (Tsoumis, 1991 sur
153 espèces de zones tempérées). La proportion de
cellulose est, de plus, remarquablement uniforme dans les deux
« catégories » d'essences (Chow, 1946).
La teneur en macromolécules des sous couches
constitutives de la paroi cellulaire (comme celle de la paroi dans
son ensemble) étant connue depuis longtemps, la plupart des
mécaniciens du bois (Barrett, 1973, Cave, 1975, Mark, 1980, Bodig et
al, 1982, Kollmann et
6
Inventaire des facteurs essentiels de la variabilité intra
arbre des propriétés mécaniques des tissus ligneux
al, 1984, Guitard, 1987) adoptent des valeurs
comparables quand à la proportion des
polymères essentiels de la paroi.
1.2.1.1 Les substances cristallines
De par sa structure, la cellulose, offre de nombreuses
possibilités de liaisons inter et intra moléculaires (son
Degré de Polymérisation peut aller jusqu'à 10000).
Cet homopolymère linéaire, fondamental du point de vue du
comportement mécanique, représente de 40 à 45 %
de la masse de la matière ligneuse (Kollmann et
al, 1984).
Dans la cellule de bois, la cellulose I, forme native
de la cellulose, est majoritaire. Ce composé, fortement
cristallin, est généralement présent sous la forme d'un
mélange de deux isomères ; la forme triclinique (cellulose
á) et la forme monoclinique (cellulose â). Si la
proportion de chaque isomère est fortement dépendante de
l'espèce, la forme monoclinique demeure néanmoins majoritaire
dans la cellule ligneuse (VanderHart et al, 1984). La cellulose
I est avant tout le constituant essentiel des microfibrilles
qui confèrent à la fibre sa rigidité. Pour rendre compte
de la proportion de ce renfort filamentaire cellulosique dans la
paroi cellulaire, la fraction volumique en microfibrilles est
généralement considérée par les
mécaniciens comme un paramètre descriptif suffisant.
1.2.1.2 Les substances amorphes
Les hémicelluloses (représentant de 7
à 15% en masse) sont quant à eux des polymères
à chaînes plus courtes présentant un Degré de
Polymérisation moyen compris entre 50 et 300. Ces polysaccharides
ramifiés forment, avec les lignines polyphénoliques
réticulées (24 à 36%
en masse), une matrice amorphe, thermo et hygro
sensible, autour de structures cristallines appelées
microfibrilles. Contrairement à la cellulose, les structures
et proportions des hémicelluloses et des lignines, dépendent
très sensiblement de la nature résineuse ou feuillue
de l'essence ligneuse.
De part leur caractère très hydrophile, et leur
capacité à se replier sur elles mêmes (faibles longueurs de
chaîne), les hémicelluloses sont les principales responsables des
phénomènes de retrait - gonflement de la paroi avec les
variations des teneurs en eau (Siau, 1984). Les lignines, quant à
elles, majoritairement localisées au sein de la lamelle mitoyenne,
jouent le rôle d'un adhésif intercellulaire hydrophobe.
D'autres substances, appelées pectines
(polysaccharides), sont rencontrées, plus
anecdotiquement, dans les parties externes de la paroi cellulaire.
Pour les mécaniciens, la matière ligneuse est
assimilée à un matériau composite simplifié dont
la structure est censée décrire « la
paroi cellulaire » dans son intégralité. Cette
approche schématique de l'organisation pariétale fait donc
abstraction de la variabilité naturelle des teneurs en
macromolécules dans la paroi cellulaire ligneuse (celles des lignines a
notamment
été décrite par Boutelje, 1962,
Ruel, 1984, Donaldson, 2001 et Monties 2003, celle des polysaccharides
l'a été par Bergander et al, 2001) comme de la
variabilité des agencements mutuels (supramoléculaires) des bio
polymères essentiels.
| 
