– A. Spectre de diffusion de neutrons aux petits angles d’une solution d’arabinoxylane à 135 g.L-1 : le spectre fait apparaitre différents régimes, dont chacun correspond à un comportement et/ou une longueur caractéristique du polymère. B. Représentation schématique du polymère en solution : l’arabinoxylane est assimilable à une chaine semi-rigide de type ‘worm-like’, de longueur de persistance (lp) et taille de section effective (2Rc) –
La cellulose et les hémicelluloses, constituants principaux de la biomasse végétale terrestre, sont une alternative incontournable au carbone fossile pour la production de biocarburants, matériaux et composés chimiques à haute valeur ajoutée. L’Arabinoxylane (AX) est une hémicellulose particulièrement prometteuse car pouvant être extraite en grande quantité (du blé, du seigle), et sous une forme soluble dans l’eau et donc facilement manipulable dans les procédés industriels.
Un prérequis essentiel à la valorisation de l’AX est la connaissance de son comportement et de sa structure en solution aqueuse. Les données de la littérature sur ce point étant jusqu’alors parcellaires voire contradictoires, nous avons entrepris de caractériser de façon exhaustive un AX générique extrait du blé, en combinant SANS (diffusion de neutrons aux petits angles), SEC-MALS (diffusion de lumière statique couplée à de la chromatographie de taille) et mesures de viscosité. Le premier résultat marquant est qu’il n’est pas possible de se défaire totalement des phénomènes d’auto-association de ce type de polysaccharide ; si bien qu’il persiste une faible proportion de ‘gros objets’ en solution, caractérisée par la remontée du signal SANS aux petits vecteurs d’onde q (Figure A). Ces objets sont très probablement dynamiques et se font et défont de manière spontanée en solution. Dans un second temps, l’observation minutieuse et la modélisation des intensités SANS à moyens et grands q nous indiquent que l’essentiel de l’AX se comporte comme des chaines de polymère ‘classiques’ en bon solvant. Les chaines sont de type ‘worm-like’ (WLC model), aux propriétés (longueurs de persistance, section effective) parfaitement mesurables et typiques d’un polymère semi-rigide (Figure B).
De façon moins conventionnelle, nous avons également suivi l’évolution du spectre SANS à mesure que la solution d’AX est concentrée par stress osmotique, jusqu’à des concentrations atteignant 40x la concentration d’overlap C*, elle-même déterminée à environ 3,5 g.L-1 par viscosimétrie. Au-delà de C*, nous observons en particulier que le changement de longueur de corrélation ξ, équivalente à une ‘taille de pore’ du système, varie avec la concentration de la manière prédite par la loi d’échelle théorique pour un polymère en bon solvant. Une telle confrontation avec la théorie est, à notre connaissance, parfaitement inédite dans le cas de polysaccharides semi-rigides comme l’AX.
Arabinoxylan in Water through SANS: Single-Chain Conformation, Chain Overlap, and Clustering M. Petermann, L. Dianteill, A. Zeidi, R. Vaha Ouloassekpa, P. Budisavljevic, C. Le Men, C. Montanier, P. Roblin, B.Cabane, R. Schweins, C. Dumon, A. Bouchoux Biomacromolecules, vol.24, 3619–3628, 2023 https://doi.org/10.1021/acs.biomac.3c00374