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L'histoire de la lignine : pourquoi l'appelle-t-on « l'âme du bois » ?!
La lignine est un polymère organique complexe qui constitue principalement un matériau structurel important pour les tissus de soutien des plantes. Il est particulièrement important dans la formation des parois cellulaires du bois et de l’écorce, pour sa capacité à conférer rigidité et résistance à la pourriture. En comprenant la structure, l'histoire et les fonctions biologiques de la lignine, nous explorerons son rôle clé dans la nature et l'économie.
L'histoire de la lignine
L'histoire de la lignine remonte à 1813, lorsque le botaniste suisse A. P. de Candolle a mentionné cette substance pour la première fois. Il l'a décrit comme fibreux, inodore et insoluble dans l'eau et l'alcool, mais soluble dans les solutions légèrement alcalines et précipité par l'acide. Il l'a donc baptisé « lignine », dérivé du latin « lignum » qui signifie bois.
La lignine est l'un des polymères organiques les plus abondants sur Terre, juste derrière la cellulose et la chitine.
La lignine représente 30 % du carbone organique terrestre non fossile de la Terre et 20 à 35 % du poids sec du bois. L’étude a révélé que la lignine existe également dans les algues rouges, ce qui suggère que l’ancêtre commun des plantes et des algues rouges pourrait avoir la capacité innée de synthétiser la lignine. La découverte suggère également que la fonction originale de la lignine pourrait avoir été de fournir un soutien structurel, comme c'est le cas pour l'algue rouge Calliarthron, en soutenant les articulations entre les parties calcifiées.
Composition et structure
La composition de la lignine varie selon les espèces. Par exemple, la composition d'un échantillon de tremble est de 63,4 % de carbone, 5,9 % d'hydrogène, 0,7 % de cendres (composition minérale) et 30 % d'oxygène (dérivé de la différence), ce qui équivaut à la formule chimique (C31H34O11)n. La lignine est un polymère très hétérogène réticulé à partir d'un petit nombre de précurseurs, les alcools de bois. Il existe trois types principaux de ces alcools de bois réticulés, tous dérivés du phénylpropane.
La lignine a un poids moléculaire supérieur à 10 000 u, et sa diversité structurelle et son degré de réticulation ont un impact significatif sur ses propriétés.
Fonctions biologiques
La lignine comble les lacunes des parois cellulaires, en particulier grâce aux composants cellulose, hémicellulose et pectine, en particulier dans les faisceaux vasculaires et les tissus de soutien. La lignine joue un rôle clé dans la conduction de l’eau et des nutriments hydrosolubles dans les tiges des plantes. Le composant polysaccharide des parois cellulaires végétales est hautement hydrophile et donc très perméable à l’eau, tandis que la lignine est plus hydrophobe.
La fonction la plus courante de la lignine est de fournir un soutien structurel aux plantes en renforçant le bois.
Importance économique
La production commerciale mondiale de lignine provient de l'industrie du papier. En 1988, plus de 220 millions de tonnes de papier étaient produites dans le monde, dont la majeure partie était délignifiée. La lignine représente environ un tiers de la masse du précurseur de cellulose, mais doit souvent être éliminée pendant le processus de fabrication du papier car elle provoque une décoloration et une perte de résistance du papier. Le processus de délignification est l'une des technologies de base de l'industrie papetière et pose d'importantes préoccupations environnementales.
Biosynthèse
La biosynthèse de la lignine commence dans le cytoplasme avec la synthèse d'alcool de bois glyqué à partir de l'acide aminé phénylalanine. Ce processus partage la première réaction avec la voie phénylpropanoïde. De nombreuses questions restent encore sans réponse sur la synthèse de la lignine, notamment sur le rôle spécifique des enzymes oxydases qui catalysent la réaction de polymérisation.
Biodégradation
Comparée à d'autres biopolymères, la lignine est quelque peu résistante à la dégradation, ce qui la rend plus stable dans l'environnement. Alors que certains champignons sont capables de dégrader efficacement la lignine, les bactéries sont limitées dans leur capacité à le faire, principalement parce que les dérivés de la lignine inhibent la croissance bactérienne.
Chimie et analyse
Dans l'industrie papetière, la quantification de la lignine est généralement effectuée à l'aide de tests de lignine Klason et de tests de lignine soluble dans l'acide. Ces procédures standardisées permettent une analyse et une quantification efficaces de la composition de la lignine, renforçant ainsi la compréhension de ses propriétés et de ses applications.
L'histoire et le rôle de la lignine ne se limitent pas à sa structure chimique et à sa fonction. C'est un élément étroitement lié à l'environnement, à l'économie et aux écosystèmes. À l’avenir, pouvons-nous utiliser cette précieuse ressource plus efficacement et développer des matériaux plus écologiques et des technologies améliorées ?
