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La nanostructure du bois vivant enfin révélée : vers des superstructures en bois ?

Posté le par Arnaud Moign dans Matériaux, Biotech & chimie

Cela peut paraître surprenant, mais jusqu’à présent, on ne savait pas de manière précise comment étaient agencées les molécules à l’intérieur des macrofibrilles du bois. C’est maintenant chose faite, grâce à une équipe du département de biochimie de l’université de Cambridge. Les résultats de leurs recherches pourraient permettre d’améliorer les propriétés mécaniques des buildings en bois.

Le bois suscite un intérêt grandissant en tant que matériau de construction léger et écologique. Savoir comment améliorer la solidité des structures bois est donc une question cruciale qui mènera peut-être un jour au remplacement de l’acier et du béton.

Comment font les arbres pour être aussi solides ?

C’est la réponse à laquelle l’équipe du professeur Dupree et du docteur Jan Lyczakowski désire répondre. Le fait est que la nature est capable de produire des buildings en bois d’une solidité à toute épreuve. Les séquoias géants en sont le meilleur exemple : certains spécimens dépassent les 80 m de haut pour une circonférence de 30 m.

En réalité, c’est l’architecture moléculaire du bois qui détermine sa solidité. Plus précisément, cette solidité est apportée par la paroi secondaire des cellules du bois, constituée de cellulose, d’hémicellulose et de lignine. L’étude conduite par les chercheurs concerne l’observation des macrofibrilles dont le diamètre ne dépasse pas quelques dizaines de nanomètres, mais qui sont pourtant d’une importance capitale !

La microscopie électronique cryogénique au secours du vivant

La microscopie électronique à balayage (MEB) est une technique de caractérisation des matériaux extrêmement populaire, mais elle a un inconvénient. En effet, l’observation d’échantillons au MEB nécessite une mise sous vide qui n’est pas compatible avec la présence de liquides. Or, comme l’eau est un composant essentiel des cellules vivantes, un passage au MEB implique le plus souvent une étape de séchage, ce qui a pour conséquence de priver l’observateur d’un grand nombre d’informations.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé un MEB cryogénique (Cryo-SEM). Grâce à cette technique, ils ont ainsi été capables d’observer pour la première fois des cellules de bois hydratées.

Les résultats de l’étude

Les chercheurs ont comparé la structure cellulaire de plusieurs arbres du Jardin botanique de l’université de Cambridge : épicéa, peuplier et Ginkgo. Une plante annuelle, Arabidopsis thaliana, utilisée comme référence en biologie moléculaire, est également étudiée. Les observations indiquent tout d’abord une omniprésence des macrofibrilles dans les cellules des bois durs comme dans celles des résineux ainsi que de plantes telles qu’Arabidopsis. Par ailleurs, la comparaison de variantes d’Arabidopsis leur a permis de mettre en évidence que l’interaction xylane-cellulose influe fortement sur les propriétés mécaniques.

Grâce à cette acquisition de connaissances nouvelles et par la poursuite de leurs travaux, ils espèrent ainsi arriver à une restructuration cellulaire qui rende possible la fabrication de superstructures en bois plus solides.

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