La cellulose, matériau premier du papier

La cellulose est la molécule organique renouvelable la plus abondante sur Terre, représentant plus de la moitié de la biomasse terrestre. Cette cellulose est synthétisée essentiellement par les végétaux, des algues aux plantes terrestres, mais aussi par les champignons, quelques bactéries et très peu d’animaux.

La cellulose se caractérise notamment par son caractère hydrophile. Cette propriété lui confère une grande capacité d’absorption, utile dans l’industrie papetière pour assurer la liaison fibres / fibres du matelas fibreux. Une seconde caractéristique de la cellulose est sa grande résistance mécanique et chimique.

Sa résistance mécanique vient de la structure des microfibrilles qui compose la cellule cellulosique. Cette structure accroit sa résistance dans de multiples directions. Sa résistance chimique permet l’utilisation de solvants alcalins et chlorés, utilisés dans les procédés de blanchiments textiles et papetiers.

Mais les végétaux ne contiennent pas uniquement de la cellulose. Parmi d’autres macromolécules, nous retrouvons également la lignine, qu’il nous faudra extraire de la plante pour fabriquer du papier.

La lignine

Dans l’histoire évolutive des végétaux, les lignines sont des éléments clés qui ont permis la conquête du milieu aérien et la lutte contre la pesanteur. Cela en raison de deux caractéristiques : sa résistance et son hydrophobie. Le lignine est en effet la molécule qui permet à un végétal de se dresser et de se tenir droit.

Les lignines sont par ailleurs photosensibles. Les groupes chromogènes, oxydés par la lumière, sont responsables du jaunissement des matériaux lignifiés. Une caractéristique bien indésirable pour le monde papetier, et qui explique par exemple le jaunissement prématuré des papiers contenant de la lignine, comme le papier journal.

Comment séparer la cellulose de la lignine ?

Le matériau ligno-cellulosique construit par la plante est très stable, et donc particulièrement difficile à dégrader. La plante elle-même n’a pas l’équipement enzymatique lui permettant de dégrader son propre réseau ligneux.

Seuls quelques micro-organismes, bactéries ou champignons, sont capables, grâce à des ligninases, de recycler les composés ligno-cellulosiques. Citons notamment le champignon nommé la pourriture blanche du bois, très efficace dans la dégradation de la lignine.

Dans les processus industriels, deux voies sont possibles :

- La dégradation chimique, massivement utilisée pour la fabrication des pâtes à papier.

Le but du traitement chimique est d’éliminer les composés autres que la cellulose, plus particulièrement les lignines et les résines. On parle alors de « pâte sans bois ». Les bois sont alors écorcés et déchiquetés en copeaux de quelques centimètres. Ils sont ensuite mis à cuire dans un réacteur chimique appelé « lessiveur ». La cuisson se fait à haute température (entre 130 et 180°). Le rendement est plus faible qu’avec la voie mécanique. En effet, 45 à 55% de la matière première est mise de côté en raison de l’élimination des lignines et autres constituants.

Cette cuisson s’effectue à l’aide d’un procédé alcalin (solution de soude) ou d’un procédé acide (à l’aide d’une liqueur à base d’acide sulfureux).

- La dégradation biologique, expérimentale, qui consiste en une attaque enzymatique du bois en prétraitement lors de la formation des pâtes à papier. C’est ce que l’on appelle le biopulping.

 

Source : « Le monde des fibres », de Danielle Reis