Percer le nanomonde des parois cellulaires végétales ! Grâce à l’imagerie hyperspectrale en champ proche optique
Avec 3000 Milliards d’individus, l’arbre constitue l’un des matériaux, le bois, le plus répandu sur Terre mais aussi l’un des plus indispensable pour la survie humaine. Leur grande diversité s’exprime dans une grande variété de propriétés physiques et bio-chimiques leur donnant des fonctionnalités différentes impliquées dans notre quotidien, allant de fonctions simples comme notre respiration, notre alimentation ou notre bien-être, à des fonctions d’exploitation pour le bâtiment, le papier ou l’énergie… De manière surprenante cette diversité est obtenue uniquement à partir de trois polymères à savoir la cellulose, l’hémicellulose et la lignine représentant plus de 90% des constituants du bois.
La diversité provient alors de l’arrangement et des proportions de ces polymères. Les arbres ont en effet une structure hiérarchique, à savoir que leurs propriétés et apparences macroscopiques proviennent inévitablement de leurs structures aux échelles micro et nanométrique. Cela conduit à s’interroger sur la relation entre la distribution chimique, l’organisation structurelle et les propriétés mécaniques, thermiques et optiques à l’échelle nanométrique. Comment les variations nanométriques vont influencer la réponse globale de l’arbre ? Et réciproquement comment une action externe peut modifier l’arrangement moléculaire et les propriétés associées ? Ces questions constituent un enjeux sociétal d’envergure et pour y répondre, il est nécessaire d’accéder aux propriétés nanométriques.
Nos premières études sur le bois en 2014, utilisant la nanoindentation par microscopie à force atomique (AFM), nous ont permis d’extraire les propriétés nanomécaniques de la paroi cellulaire. Pour aller plus loin dans la compréhension de la morphogénèse du bois, et ainsi corréler les propriétés physiques à la distribution chimique, il nous a semblé important d’aller vers une technique alliant AFM et spectroscopie optique. Nous nous sommes alors tournés vers l’entreprise Neaspec gmbh (Attocube) réputée pour son système de champ proche optique diffusif (s-SNOM) dans l’infrarouge, gamme spectrale spécifique à la cellulose, l’hémicellulose et la lignine. Nos résultats rassemblés dans cet article montrent le potentiel de cette technique pour accéder et relier entre-elles des propriétés mécaniques, les constantes optiques et la distribution chimique in situ de la paroi cellulaire du bois.
Partenaires : Ces travaux sont issus d’une collaboration entre le CINaM, l’Institut Fresnel, l’ORNL (Oak Ridge National Lab, USA) et la société Neaspec Gmbh.
Référence : “In-situ plant material hyperspectral imaging : determination of chemistry and optical properties using multimodal scattering nearfield optical microscopy”, A. Charrier, A. Normand, A. Passian, P. Schaefer and A. L. Lereu, Comm. Mat., 2, 59 (2021).
- https://www.nature.com/articles/s43246-021-00166-7
- Autre article dans Nature NPG : https://devicematerialscommunity.nature.com/posts/in-situ-plant-materials-hyperspectral-imaging-by-multimodal-scattering-near-field-optical-microscopy
Contact : Anne CHARRIER, Equipe PIV