Cellulose et matériaux cellulosiques
Nanomatériaux cellulosiques

1.1 Structure de la cellulose

La fonction principale de la cellulose est d’assurer le maintien de la structure des plantes et autres organismes vivants. Sa structure chimique est représentée sur la figure 1. Il s’agit d’un glucide constitué de chaînes linéaires de molécules de D-glucose liées entre elles pour former un polymère linéaire, mais, transversalement, elles peuvent développer des liaisons intermoléculaires de type liaison hydrogène. L’unité de répétition (motif monomère) composée de deux unités glucose est appelée cellobiose. Grâce à ces interactions intermoléculaires, la cellulose se présente sous la forme de filaments résultant de l’association linéaire de cristallites (figure 2). Ces entités appelées microfibrilles (assemblage de chaînes cellulosiques) forment l’unité structurale de base de la paroi cellulaire de la plante. Chaque microfibrille peut être considérée comme un chapelet de cristallites de cellulose, liés le long de l’axe de la chaîne par des domaines amorphes. Leur structure consiste en un cœur cellulosique majoritairement cristallin. Celui-ci est recouvert d’une gaine de matériau polyglucosane paracristallin entourée d’hémicelluloses .

Ces microfibrilles s’agrègent pour former les fibres lignocellulosiques (figure 2). Selon leur origine, le diamètre des microfibrilles est compris entre 2 et 20 nm et leur longueur peut atteindre plusieurs dizaines de microns. Le module mécanique longitudinal des zones cristallines de ces microfibrilles est proche de la limite théorique pour la cellulose en raison de l’absence de défauts structurels. L’espoir placé dans les composites à base de cellulose tient dans la valeur du module de Young du nanocristal de cellulose, dont la valeur peut être prédite théoriquement à partir de la liaison chimique, qui est potentiellement supérieure à celui de l’acier et similaire à celui du Kevlar. Il a été étudié expérimentalement,...