par Daniel SAMAIN, ancien chercheur au laboratoire CNRS CERMAV de Grenoble
A la fois un matériau, une énergie et un aliment. La cellulose est, de très loin, le premier des biopolymères renouvelables présent sur notre planète.
Le glucose
C’est le carburant de la vie, il est produit par la réaction des rayons du soleil avec le CO2 de l’air et de l’eau. Cette réaction mise en œuvre par les plantes s’appelle la photosynthèse, elle libère aussi l’oxygène que nous respirons. Toutes les formes de vie, des plus simples (les bactéries) aux plus évoluées (les hommes ?) utilisent le glucose comme source de carburant primaire.Le glucose est un peu comme l’électricité mais il est très difficile de le stocker en grande quantité.
Le stockage du glucose : comme nous avons inventé des batteries pour stocker l’électricité, la nature a inventé différents moyens pour stocker le glucose. Il peut ainsi être stocké sous forme : de saccharose (le sucre), d’amidon (la farine) ou de cellulose (le bois, la paille, le papier).
Le saccharose (le sucre)
C’est une forme de stockage où le glucose est très facilement disponible.Il suffit de l’action d’une simple enzyme pour le libérer. Laquelle se trouve dans notre salive. De très nombreux organismes la produisent par exemple les levures qui sont responsables de la fermentation alcoolique.
L’amidon (la farine)
C’est une forme de stockage qui est plus complexe, on dit que c’est un polysaccharide de réserve. A l’état natif, l’amidon n’est pas très appétissant. Avez-vous déjà essayé de manger de la farine ? Il faut la cuire pour en faire du painou des crêpes. Après la cuisson, il faut encore une enzyme pour transformer l’amidon en glucose. Celle-ci se trouve aussi dans notre salive.
La cellulose (le bois, la paille, le papier)
C’est la forme de stockage du glucose la plus stable. En fait, la nature n’utilise pas la cellulose pour stocker temporairement du glucose mais pour élaborer des molécules structurales capables de s’assembler sous forme de fibres pour constituer les tiges des plantes.
Un assemblage de briques élémentaires
La nature a choisi le glucose comme brique élémentaire pour constituer la cellulose car celui-ci était très abondant et qu’elle avait besoin de grandes quantités de briques élémentaires pour constituer les tiges des plantes. C’est ainsi que d’énormes quantités de glucose se trouvent stockées sous forme de cellulose fibreuse dans les tiges et dans les troncs des plantes.C’est aussi à cause de sa structure fibreuse que la cellulose est utilisée pour faire du papier et que le bois est si résistant.
La quantité de glucose qui est stockée sous forme de cellulose sur notre planète est gigantesque. On l’estime à environ 1000 milliards de tonnes et il s’en produit naturellement plus de 80 milliards par an. Par comparaison, sachez que la quantité d’amidon et de saccharose produite chaque année par l’agriculture n’est que d’environ 2 milliards de tonnes.
Tout ce glucose, contenu dans la cellulose, est potentiellement de la bonne nourriture et de très nombreux animaux ont trouvé le moyen d’en tirer parti. Cela ne se fait pas sans quelques difficultés car la cellulose est une molécule qui se trouve à l’état cristallin. C’est notamment ce dernier qui lui confère sa grande stabilité et ses remarquables propriétés mécaniques.
Une source de glucose pour les animaux …
Les animaux qui utilisent la cellulose comme source de glucose doivent donc d’abord détruire l’état cristallin avant de pouvoir transformer la cellulose en glucose. Ils le font par broyage mécanique en la mâchant longuement avec leurs dents. Les vaches par exemple passent 16h par jour à brouter et à mâcher l’herbe ou le foin contenant les fibres de cellulose. Une fois la structure cristalline détruite, la cellulose est décomposée en glucose par des enzymes spéciales, les cellulases. Ces dernières ne sont pas produites par les herbivores eux-mêmes mais par les bactéries de leur microbiote. L’action de ces bactéries ne s’arrête d’ailleurs pas là car le glucose produit est fermenté en acide acétique.C’est ce dernier composé et non pas directement le glucose qui est absorbé par les herbivores et qui leur sert de carburant énergétique.
Et pour les humains ?
Il serait tout à fait possible de réaliser, dans des réacteurs biotechnologiques, les mêmes opérations que celles qui se passent dans les estomacs des ruminants et donc de fabriquer de la bonne nourriture à partir de cellulose provenant de la paille ou du bois et de source azotée simple comme l’urée que nous rejetons dans notre urine. En considérant que la planète produit plus de 80 milliards de tonnes decellulose par an et que nous produisons environ 32 millions de tonnes d’urée, il serait ainsi possible de nourrir parfaitement au moins 40 milliards d’êtres humains en laissant largement assez pour les animaux sauvages. Le goût des aliments serait toutefois probablement un peu différent …
La valorisation optimale, “durable” de la cellulose ne peut s’envisager, que comme la résultante d’un effort de recherche mutualisé sur l’ensemble des disciplines scientifiques.
Daniel Samain (auteur du texte)
L’activité scientifique et technologique de Daniel Samain, précédemment chercheur au laboratoire CNRS CERMAV de Grenoble, est dirigée vers les modifications de la cellulose par des méthodes innovantes de chimie verte. Il s’intéresse à la cellulose pour la conception de nouveaux matériaux.Il est le fondateur de la société “BT3 Technologies”. Ses travaux lui ont fait prendre conscience du potentiel de la cellulose pour le monde de demain et du manque de mutualisation des recherches autour de cette molécule.