Structure linéaire de la lignine :

structure de la lignine

Les modèles de FREUDENBERG et d'ADLER qui présentent un polymère irrégulier, probablement tridimensionnel déroutent les très nombreux biologistes et biochimistes qui s’intéressent aux processus de lignification des végétaux qui est pourtant de première importance dans la compréhension des processus biologiques régissant leur cycle de vie.

Lignine selon Freudenberg
La lignine selon Freudenberg (1968)

Lignine selon Adler
La lignine selon Adler (1977)

Ainsi, si aujourd’hui on connaît parfaitement les enzymes et les voies biosynthétiques à l’origine de la lignification, personne ne se hasarde à expliquer comment la lignine se construit dans la paroi végétale et quelle est sa vraie structure.

Deux hypothèses sont à considérer selon que nous serions en présence :

  • D’un processus totalement aléatoire de biosynthèse conduisant à un polymère irrégulier qui serait unique dans le monde vivant.

  • D’une extraction modifiant leur structure et / ou d’analyse erronée de ces structures.

C’est la deuxième hypothèse, comme je viens de le démontrer avec mon collègue le Professeur J. BANOUB, qui est la bonne.

En effet, nous nous sommes aperçus en analysant les lignines de pailles extraites par notre procédé qu’il suffisait en spectrométrie de masse d’une très faible énergie d’ionisation pour fragmenter les macromolécules de lignines. L’essentiel des analyses de lignines par spectrométrie de masse relevées jusqu'à ce jour dans la littérature utilisait des méthodes beaucoup plus dures qui n’apportaient pas d’informations sur la structure du polymère. Il fallait donc reconstituer, à partir de fragments monomériques, d’hypothétiques liaisons qui aboutissaient à des modèles du genre de ceux de FREUDENBERG ou ADLER précédemment évoqués.

De plus les conditions brutales d’extraction lors des cuissons papetières favorisent les recombinaisons qui font que les macromolécules extraites ont des masses moléculaires très élevées et n’ont plus rien à voir avec des lignines natives.

Pour ce qui nous concerne l’analyse par spectrométrie de masse de nos lignines combina plusieurs techniques par ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI-MS), tandem MS-MS et par désorption laser et détection à temps de vol (MALDI-TOFMS).

Les détails des pratiques expérimentales et des analyses structurales sont rapportés dans la publication annexée parue fin 2003 dans le  Journal of Mass Spectrometry, 38, 900-903, 2003.

Cela nous a permis de conclure formellement, pour la première fois, à une structure linéaire pour la lignine de paille visualisée ci-contre.
 

Lignine selon Delmas et Banoun
La lignine de paille selon Delmas et Banoub (2003)

Ces observations ont été confirmées par la suite avec d’autres types de matière végétale et font l’objet de quatre articles scientifiques à paraître très prochainement.

De plus, des analyses par RMN du solide ont permis de confirmer la présence d’une fonction carboxylique sur le phénol terminal, observation structurale fondamentale, jamais rapportée avant nous dans la littérature.
Ces découvertes scientifiques fondamentales sur la structure de la lignine ont comme conséquences :

  • Scientifiques de lever une incertitude surprenante aujourd’hui sur une macromolécule qui constitue près de 20 % de la biomasse terrestre et de permettre dans un proche avenir une avancée scientifique déterminante sur la connaissance de la structuration des végétaux. Un groupe de biologistes et biochimistes internationaux de haut niveau est en cours de constitution actuellement pour ce faire à notre initiative.

  • Economiques de pouvoir considérer notre lignine comme un pré polymère structurellement défini, utilisable sans modification dans les polyuréthanes et les polyesters, à un prix supérieur au phénol.