BOIS

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Composition chimique

Globalement, le bois peut être considéré, sous sa forme anhydre, comme un composé organique, contenant en moyenne 50 p. 100 de carbone, 43 p. 100 d'oxygène, 6 p. 100 d'hydrogène et un maximum de 1 p. 100 d'azote. Plus approximativement encore, on peut lui donner la formule brute moyenne CH1,44O0,66, utile pour établir le bilan global de la photosynthèse (équation directe) ou de l'oxydation totale (p. ex. combustion) du bois (équation inverse) :

CO2 + 0,72 H2O ⇆ CH1,44O0,66 + 1,03 O2.

On calcule ainsi qu'une tonne de bois produite par photosynthèse a fixé 0,5 tonne de carbone, a absorbé 1,6 tonne de CO2 et émis 1,1 tonne d'O2. À l'opposé, lors de la combustion, 1 kg de bois consomme 1 m3 d'O2, émet 1 m3 de CO2 et 0,5 litre d'eau.

Les constituants chimiques du bois se classent en :

– des substances macromoléculaires (cellulose, hémicelluloses et lignine), présentes en majorité dans toutes les espèces ;

– des substances de faible masse molaire : extractibles, et composés minéraux plus communément appelés « cendres », car on les retrouve sous cette forme après combustion totale du bois.

Les substances macromoléculaires

Les proportions et la structure chimique de la lignine et des hémicelluloses varient chez les conifères et les feuillus, alors que la cellulose a une composition identique pour toutes les espèces.

Les substances macromoléculaires des parois cellulaires représentent 97 à 99 p. 100 du bois des pays tempérés, et 90 p. 100 en moyenne des bois tropicaux. Ces derniers contiennent donc plus d'extractibles et de « cendres » (par exemple de la silice).

Les polysaccharides ou hydrates de carbone (cellulose, hémicelluloses et dérivés) représentent 65 à 75 p. 100 de la masse du bois.

Cellulose

La cellulose est le principal constituant des parois cellulaires et peut atteindre 50 p. 100 de la masse totale du bois. C'est un polysaccharide de la série des β-D-glucanes dont le motif répétitif est le cellobiose, constitué de deux β-D-glucopyranoses dans leur conformation chaise et liés par une liaison glycosidique.

Cellulose

Dessin : Cellulose

Formule de la cellulose. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La cellulose est caractérisée par son degré de polymérisation moyen de 10 000, qui correspond au nombre de motifs glucopyranoses constituant la chaîne. Elle n'est pas isomoléculaire mais possède une faible polydispersité.

En raison du grand nombre de groupements hydroxyles sur la chaîne, il existe de multiples possibilités de liaisons hydrogènes intermoléculaires ou avec les molécules d'eau. La cellulose, composée de zones amorphes et de zones cristallines, se présente sous la forme de microfibrilles de 2 à 6 mm de diamètre, agglomérées en fibrilles de diamètre compris entre 60 et 360 mm et de longueur infinie. Les zones cristallines sont constituées de mailles monocliniques. Les principales utilisations industrielles de la cellulose sont le papier sous toutes ses formes, ainsi que la viscose et la rayonne.

Hémicelluloses

Les hémicelluloses sont très étroitement associées à la cellulose dans la paroi cellulaire. Leurs chaînes moléculaires sont en général plus courtes que celles de la cellulose et comportent souvent des chaînes latérales branchées. Ce sont des polysaccharides solubles consistant en la réunion d'hétéropolysaccharides nombreux et variés, et qui représentent en moyenne de 15 à 30 p. 100 de la masse sèche du bois. Les feuillus contiennent en général plus d'hémicelluloses que les résineux. Dans leur état naturel, elles ont un degré de polymérisation compris entre 200 et 300 et leur structure est très variable selon l'espèce végétale : par exemple, les glucomannanes sont présents principalement dans les résineux, et les xylanes, plutôt dans les feuillus.

Les chaînes latérales branchées sont des oses (sucres monomères) de natures variées (hexoses ou pentoses). C'est ce qui permet aux hémicelluloses de se présenter sous des formes très diverses, comme par exemple les gommes, les pectines dans la lamelle moyenne de la membrane cellulaire...

Lignine

La lignine, deuxième ou troisième substance macromoléculaire du bois, est une macromolécule amorphe localisée dans la lamelle moyenne et dans les parois secondaires où elle est incorporée par interpénétration dans les fibrilles de cellulose. Ce n'est pas la paroi secondaire qui est la plus lignifiée mais plutôt la partie mitoyenne entre les cellules, ce qui renforce la cohésion et donc la résist [...]

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Plans d'observation du bois secondaire

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Coupe tranversale d’un tronc d’arbre

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Cellulose

Cellulose
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Écrit par :

  • : professeur d'université, directrice du laboratoire de chimie agro-industrielle U.M.R. I.N.P.T.-I.N.R.A.
  • : membre de l'Académie des sciences, professeur émérite à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
  • : ingénieur E.N.S.I.G., docteur ès sciences, directeur honoraire et fondateur de l'École nationale supérieure des technologies et industries du bois, professeur émérite à l'université Henri-Poincaré, Nancy, président de l'International academy of wood Science
  • : enseignant-chercheur à l'Institut national polytechnique de Toulouse

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Pour citer l’article

Marie Elisabeth BORREDON, Édouard BOUREAU, Xavier DÉGLISE, Carlos VACA-GARCIA, « BOIS », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 12 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/bois/