Cottonisation : Transformer les fibres de chanvre et de lin en un meilleur coton

De nos jours, il est difficile d’imaginer que les tissus aient jamais été fabriqués à partir d’autre chose que du coton ou des fibres synthétiques, mais il n’y a pas si longtemps, les tissus à base de chanvre et de lin – le lin – étaient la règle plutôt que l’exception. La production de coton a pendant des siècles eu les inconvénients majeurs de nécessiter beaucoup d’eau et de pesticides, et la récolte du coton était très laborieuse, ce qui rendait le coton plutôt cher. Afin de faciliter la séparation des fibres de coton de la graine, des versions améliorées de l’égreneuse de coton (« moteur de coton ») ont été développées, la révolution industrielle du XIXe siècle permettant une version entièrement automatisée.

Ce qui rend le coton attrayant, c’est la facilité de traitement de ces fibres, qui font partie de la gousse. Ces fibres sont des fibres fines de 25 mm à 60 mm de long, de 12 μm à 45 μm qui peuvent être retirées des graines et transformées en fil ou tout ce qui est nécessaire pour le produit final, un peu comme la laine. Les fibres de chanvre et de lin, en revanche, sont extraites de la tige de la plante sous forme de fibres libériennes. Plutôt de la cellulose pure, ces fibres sont principalement un mélange de cellulose, de lignine, d’hémicellulose et de pectine, qui confèrent de la rigidité à la plante, mais rendent également ces fibres grossières et rigides.

Le but principal de la cotonnisation est d’éliminer autant que possible ces composants non cellulosiques, laissant principalement des fibres de cellulose pures qui non seulement correspondent à la maniabilité des fibres de coton, mais sont également généralement plus durables. Pourtant, la cotonnisation était autrefois un processus long et fastidieux, ce qui rendait coûteux les textiles à base de fibres libériennes. Heureusement, la méthode de cotonisation par explosion à la vapeur que nous allons examiner ici peut être l’une des méthodes par lesquelles le marché sera ouvert pour ces fibres vertes et durables.

Roi Coton ?

Le coton est quelque peu unique en ce sens que les plantes ont toujours été présentes dans l’Ancien et le Nouveau Monde, où les civilisations ont commencé à les utiliser pour le tissu il y a plusieurs milliers d’années. Gossypium barbadense était l’espèce de coton domestiquée à cette fin en Amérique, et Gossypium herbacée en Afrique et en Inde. Des échantillons de tissus de coton ont été trouvés dans des fouilles archéologiques datant de 6 000 avant notre ère dans l’actuel Pérou et de 5 000 avant notre ère dans le royaume de Kush (l’actuel Soudan) ainsi qu’à Mehrgarh, situé dans l’actuel Pakistan.

Bien que le coton ait été très prisé, il n’est devenu une marchandise en Europe qu’au début du commerce avec le monde arabe, d’où vient également le nom anglais et celui dans d’autres langues européennes : قطن (qutn ou qutun). À l’époque de la Renaissance, cet appétit européen pour le coton a conduit à une augmentation rapide des importations via le commerce maritime nouvellement ouvert, et finalement à la montée d’une nation parvenue du 18ème siècle appelée « les États-Unis d’Amérique » qui dominerait le coton. marché au XIXe siècle.

L’énormité du marché mondial du coton aurait eu des conséquences économiques massives en Europe lorsque la guerre civile américaine a commencé et a perturbé les exportations de coton pendant des années, bien que la stratégie du « roi du coton » sur laquelle s’appuyait le sud confédéré se soit finalement retournée contre lui, lorsque plutôt que d’aider les confédérés avec des armes, les nations européennes sont plutôt allées chercher leur coton ailleurs, comme l’Égypte, le Brésil et l’Inde. Après la guerre civile américaine en 1865, la production de coton aux États-Unis reprendrait, mais pas aux mêmes niveaux qu’auparavant.

Le lin, le chanvre et d’autres fibres libériennes ont continué à être utilisés même à l’apogée du coton bon marché, jusqu’à ce que le 20e siècle ait vu l’interdiction généralisée de la plante de chanvre. Cannabis sativa, à cause d’un cannabinoïde appelé tétrahydrocannabinol (THC). Le THC (sous sa forme Delta-9) est l’un des trois cannabinoïdes classés comme substances psychotropes par l’ONU. Bien que le THC ne soit présent de manière significative que dans certains cultivars, ces interdictions ont également eu un impact sur le chanvre industriel et, à ce jour, restreignent fortement la culture du chanvre pour les fibres, l’huile, etc. De nombreux pays n’ont repris la culture du chanvre que dans les années 1990.

Aujourd’hui, la Chine domine la production mondiale de chanvre et la France est le plus grand producteur en Europe. Les inquiétudes concernant l’utilisation d’eau et de pesticides liées à la production de coton augmentent progressivement le besoin d’un moyen bon marché d’utiliser les fibres libériennes du chanvre et d’autres plantes qui ont une empreinte environnementale nettement inférieure.

Explosions et cendres

La tige du chanvre, du lin et des plantes similaires se compose d’un certain nombre de structures, chacune possédant des propriétés qui se combinent pour fournir à la plante la capacité de transporter l’eau et les nutriments, ainsi que la rigidité pour rester debout. Cette stabilité est fonction du sclérenchyme, la couche, marquée comme 5 dans l’image, qui nous intéresse lorsque nous voulons extraire des fibres pour les utiliser dans les textiles et plus encore. Pour atteindre la fibre libérienne, la cellulose doit être séparée des autres constituants végétaux avec le moins d’effort supplémentaire possible.

La façon traditionnelle de séparer ces fibres libériennes du reste de la tige consiste à utiliser un processus appelé rouissage. Au cours de ce processus, la tige déjà coupée est exposée à l’humidité et aux micro-organismes qui gonflent et dégradent une grande partie de la structure interne. Après séchage, les tiges devenues cassantes sont cassées, suivies de la séparation des fragments ligneux (anas) et des fibres pour la plupart intactes.

Dans un article de 2017 de Thibaud Sauvageon et ses collègues de Revue de recherche textile titré Vers la cotonnisation des fibres de chanvre par explosion à la vapeur : Défibrage et caractérisation morphologique, et un article de 2020 de Maria Moussa et al. dans Cultures et produits industriels titré Vers la cotonnisation des fibres de chanvre par explosion à la vapeur. Fibres ignifuges, l’explosion à la vapeur (SE) est présentée comme une voie viable vers une commercialisation à grande échelle, la SE augmentant également la stabilité thermique de la fibre de chanvre résultante.

Un article de synthèse de 2023 par K. Palanikumar et al. titré Prétraitement ciblé des fibres de chanvre et effet sur les propriétés mécaniques des composites polymères dans la revue Fibres compare les différents traitements des fibres libériennes. Ceux-ci incluent des moyens mécaniques, chimiques et thermiques, SE offrant le meilleur équilibre entre la qualité de la fibre résultante, l’économie et la complexité du processus. Le rouissage et la séparation mécanique sont imprécis et peuvent entraîner des défauts importants dans les fibres produites, tandis que les traitements chimiques qui éliminent les composants non cellulosiques fonctionnent, mais nécessitent l’utilisation de produits chimiques puissants comme l’alcali ou le sulfate de sodium qui produisent des déchets indésirables qui nécessitent davantage traitement avant élimination.

Le traitement par explosion à la vapeur des fibres libériennes ne nécessite en entrée qu’une source d’énergie et un équipement haute pression : le matériau est d’abord imprégné d’eau avant d’être chargé dans la cuve SE où il est chauffé à près de 200 °C pendant quelques minutes. Suite à cela, la pression dans le récipient chute soudainement, provoquant une explosion de vapeur dans les fibres saturées. Les fibres séparées résultantes peuvent ensuite être séparées et séchées avant un traitement ultérieur.

Un grand avantage de cette approche est qu’elle utilise relativement peu d’eau, pas de produits chimiques agressifs ou d’enzymes coûteuses, produit des fibres de haute qualité de longueurs comparables aux fibres de coton et se prête bien à une mise à l’échelle industrielle avec un équipement et des consommables modestes. exigences. La tendance actuelle dans l’industrie semblerait suggérer que c’est l’approche que nous verrons probablement être poursuivie à l’avenir, et qui pourrait faire des fibres de chanvre et de lin cotonnisées une concurrence sérieuse pour l’industrie du coton pour la première fois depuis le 19e siècle. .

Mais il y a plus

Bien que la nature robuste de plantes comme le chanvre, leur taux de croissance rapide et leurs faibles besoins en eau devraient déjà en faire des favoris, une autre caractéristique pratique du chanvre est qu’il peut pousser même sur des sols fortement contaminés, sans impact significatif sur le taux de croissance, la plante la hauteur ou la qualité des fibres, fournissant un précieux service de phytoremédiation pour, par exemple, d’anciens sites miniers ou d’anciens champs de coton chargés d’arsenic. Bien que cela puisse sembler rendre la matière végétale trop contaminée pour être utilisée, les métaux ne font pas partie de la fibre ou des graines.

Une étude récente de Rabab Husain et ses collègues (PLoS One2019) a étudié la réponse de Cannabis sativa L. à être cultivé dans un sol provenant d’anciennes mines de charbon fortement contaminées en Pennsylvanie. Ils ont découvert que les métaux lourds absorbés par les plantes collectés dans les feuilles, le nickel, le plomb et le cadmium étant les plus répandus dans les échantillons examinés, tandis que l’arsenic et le mercure dans le sol n’étaient pas absorbés en quantités significatives. Cela fait de la culture du chanvre sur ces sols une option attrayante, ainsi que d’autres hyperaccumulateurs qui peuvent prendre en charge l’arsenic, sans compromettre le chanvre cultivé dans ces sols pour la production textile.

Allons-nous vraiment dire adieu au coton d’ici peu ? C’est encore une question ouverte, mais avec ces progrès récents dans le traitement des fibres libériennes, il semblerait au moins raisonnable d’affirmer que le règne de King Cotton est à tout le moins confronté à une mer tumultueuse.

Si vous vous sentez aventureux et que vous souhaitez expérimenter vous-même le traitement par explosion de vapeur, vous pouvez essayer quelque chose comme un canon à pop-corn. Bien que ces appareils soient principalement utilisés pour la préparation d’aliments explosifs, ils pourraient également être convaincus de «faire éclater» certaines fibres libériennes, si l’on était si enclin.