Dhenzel

Aéronautique

( La parolle avion, viens du verbe avoir; les grands vents de janvier 1433 nous ont donnè l`idee de vallancer quelque chose dans les aires car les poules qui ne volaient pas, volait. Nous construissimmes de poules en papier cansson 123 avec des barillettes en cagnamo de averse. Une fois que depuis le haut du chateau de langlemuse, c`est a dire, Chambord, les poulaissons ont fait 200 metres dans l`air, nous procedimmes a inverter sa mottorisation. Parolle qui viens de vasconcellos Mutanter.

L`electrostatique nous l`apprimes de paratonnerrayossalvuelo, ils fondaient en lumiere des cocottes en aluminiuuum translucides et fesaient penser a nos pauvres tetes que le soleil interieur etait possible. Nous mimes les cocottes minutes dan l`acide de vinaigre balsamontes et d`un flaschdance le liquide restait inconsouffre, avec de rayuellas qui mimaient l`albourade de nos niuts mattines. de cette faconetfortune, dans la labo de la Nata, nous nous concentramos et la bellaca fini par nous faire des ampoulas qui sentaient le soufre de la venture. Et puis le francisacno emmanuel, nous mettant en appetitoir dans son trou, nous disio: j`ai trouvè la mouvanza qu `en lontananza nous ammenera la bellaca altura. Piston a Treder nous le nommammos; ils possedait de l àlikante d`alcanforina et par veaux et montunne fesait s`emouvoirenredondette l`helice de l`allabastro csyphuentes.

Le premmier rotovoltigeor nous l àssoumimos dans la cathedrale Notra damme de Paris, car depuis la mescolanza du fronton d`adorno, la visibilitè etait a l`encontrune. Il a fait toute sa distance en sortant par le portique de l`avionsilopuedes; il fini troicenmetresplusloin et nous nous dimes: Nous l`avion!

L'aéronautique comporte les sciences et les techniques ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.

Les sciences aéronautiques comprennent en particulier l'aérodynamique, une branche de la mécanique des fluides ; les techniques sont celles qui concernent la construction des aéronefs, leur propulsion ainsi que les servitudes. Les entreprises associées à ces technologies sont dans la catégorie entreprise du secteur aéronautique.

Piloter un aéronef permet de le faire évoluer et de pratiquer une activité. Les activités principales sont liées à la composante aérienne des forces armées d'un pays, le transport aérien commercial ou à la pratique d'une activité de loisir ou de sport aérien. On y associe les organisations et les compagnies aériennes gérant ces activités.

Un aéronef est un engin qui, pour évoluer dans l'atmosphère, l'utilise pour sa sustentation. Les principaux aéronefs sont l'avion et l'hélicoptère. Les forces armées utilisent aussi des missiles et des drones dont certains sont assimilables à des aéronefs sans pilote humain à bord, en particulier les missiles de croisière et les drones d'observation.

Le cerf-volant et le parachute ne sont pas des aéronefs. Toutefois, ce dernier est très lié à l'aéronautique par son utilisation comme moyen de sauvetage et son évolution qui en a fait un engin pilotable.

Les activités aériennes sont réglementées sous l'égide d'institutions le plus souvent étatiques, à l'échelle mondiale, comme l'AITA pour les compagnies aériennes, à l'échelle régionale, comme Eurocontrol pour la gestion du trafic aérien dans la zone européenne, ou à l'échelle nationale, comme la DGAC pour l'aviation civile en France. Ces institutions organisent ou réglementent la formation dans les métiers de l'aéronautique, en particulier lorsque la sécurité des vols est affectée : c'est le cas pour les pilotes et le personnel navigant commercial, mais aussi pour le personnel chargé de la maintenance et les contrôleurs aérien. Ces formations sont assurées par des écoles spécialisées.

La navigation, la connaissance de l'atmosphère terrestre, la météorologie sont indispensables à l'aéronautique même si les bases ne lui sont pas spécifiques.

La liste des aéronefs est le point d'entrée principal où chaque aéronef est classé selon son constructeur.

Enfin, les articles des catégories « Histoire de l'aéronautique » et « Chronologie de l'aéronautique » relatent les principaux événements intéressant l'aéronautique. Les biographies des aviateurs, des concepteurs et ingénieurs se retrouvent dans la catégorie « Personnalités de l'aéronautique ».

L'astronautique concerne le déplacement et la navigation hors de l'atmosphère terrestre.

L'astronautique est le domaine des évolutions et de la navigation en dehors de l'atmosphère terrestre, éventuellement vers d'autres astres. Les engins utilisés traversent l'atmosphère mais doivent leur sustentation, et souvent leur pilotage, à un propulseur anaérobie.

L'aéronautique est le domaine des évolutions et de la navigation au sein de l'atmosphère terrestre et utilisant cette atmosphère pour sustenter un engin. Le plus souvent, mais pas obligatoirement, ces engins utilisent l'atmosphère pour assurer aussi le pilotage (gouvernes aérodynamiques) et la propulsion (aérobie).

L'aéronautique comporte deux classes d'engins :

• les aérostats : la sustentation est due à la poussée d'Archimède ;
• les aérodynes : la sustentation est due aux forces aérodynamiques exercées par le déplacement d'une surface portante, l'aile pour les avions et la pale du rotor pour les hélicoptères.

Les principaux aérostats sont les ballons libres utilisés surtout pour des activités sportives ou de loisir et les dirigeables.

L'avion et l'hélicoptère sont des aérodynes avec pilote à bord. Leurs utilisations civiles ou militaires sont multiples.

Certains missiles, en particulier les missiles de croisière, et les drones sont des aérodynes sans pilote à bord. Ils sont soit guidés à partir du sol soit préprogrammés. Les missiles emportent une charge militaire et sont détruits en fin de mission ; les drones sont utilisés essentiellement pour le renseignement ou la surveillance et sont généralement utilisés par les forces armées, de police ou de douane.

Le parachute n'est pas un aéronef : il utilise l'atmosphère pour freiner sa descente sans effet de sustentation. Toutefois une nouvelle classe de parachute est apparue à la fin du xxe siècle comportant une voilure souple avec effet de sustentation ; ces engins se rapprochent des avions ultralégers à voilure souple tels que les deltaplanes.

Les dictionnaires courants donnent des définitions quasi équivalentes pour les deux termes : le domaine des machines permettant de naviguer dans l'atmosphère terrestre. Le terme « aviation » recouvrant plus particulièrement le domaine des avions, le terme « aéronautique » est donc plus général et doit être employé lorsque le sujet recouvre l'ensemble des aéronefs.

En anglais, le terme « aviation », bien plus usité dans cette langue que « aeronautics », recouvre quant à lui l'ensemble du domaine.

L'être humain aspire à voler depuis toujours. Si Léonard de Vinci, vers 1500, imagine des machines volantes, ce n'est qu'en 1783 que les premiers hommes vont pouvoir réaliser le vieux rêve d'Icare avec les montgolfières des frères Montgolfier, précédant de très peu les ballons à gaz de Jacques Charles. Ces engins sont tributaires du vent, l'aéronautique ne va vraiment prendre son essor qu'avec les ballons dirigeables, de Henri Giffard en 1852.

Prototype de l'avion de Clément Ader.

En parallèle au développement des plus légers que l'air, d'autres pionniers se tournent à la fin du xviiie siècle vers le plus lourd que l'air, qui deviendra l'« avion ». La paternité des premiers vols planés comme celle des premiers vols motorisés est contestée pour des raisons de définition : certains essais de vol plané (s'ils ont réellement eu lieu) sont plus proches du parachute que du planeur et certains décollages motorisés nécessitaient une assistance au sol. De plus les sentiments chauvinistes ne sont pas exempt de certaines revendications.

Otto Lilienthal, en Allemagne, réussit plusieurs centaines de vols planés, et documentés, dans la dernière décennie du siècle. En 1890 et 1891, Clément Ader, en France, serait parvenu à faire décoller un avion équipé d'un moteur à vapeur devant témoins mais ses tentatives restent sans lendemain. Ce sont les frères Orville et Wilbur Wright, aux États-Unis, qui, à partir de 1903, peuvent non seulement faire décoller leur appareil mais parviennent à le contrôler sur des distances de plus en plus importantes atteignant 124 km en 1908. Ces vols sont documentés et font l'objet de démonstrations y compris en France.

La seconde voie explorée est celle de l'hélicoptère. À masse égale il nécessite une puissance nettement plus élevée que celle de l'avion pour assurer la sustentation. Pourtant dès 1907, Paul Cornu, en France, réussit le premier vol libre mais les progrès seront ensuite bien plus lents que ceux de l'avion.

Le premier conflit mondial qui survient à peine une décennie après les premiers vols voit le développement de l'avion en tant que moyen de renseignement sur les positions ennemies. Les avions s'équipent de mitrailleuses pour pouvoir abattre l'adversaire et l'empêcher d'accomplir sa mission. La construction aéronautique entre dans l'ère de la grande série puisque certains modèles sont construits en plusieurs milliers d'exemplaires.

La fin du conflit met sur le marché un grand nombre de pilotes et d'appareils. Les premières tentatives d'utilisation commerciale de l'avion apparaissent et des compagnies se forment pour transporter le courrier, puis des passagers, sur des lignes régulières. La navigation aérienne utilise les méthodes issues de la navigation maritime et nécessite donc que la visibilité soit bonne : le vol reste tributaire de la météorologie. La concurrence entre l'avion et le dirigeable pour le transport des passagers se développe au cours du premier tiers du xxe siècle et se termine tragiquement avec l'accident du dirigeable Zeppelin Hindenburg en 1937. C'est la fin de l'aérostation qui n'est plus qu'une discipline destinée au sport ou au loisir.

Les forces armées ont vu l'intérêt de l'avion pour le renseignement mais aussi pour le bombardement. La course à l'armement est lancée et les nouveaux appareils sont spécialisés : bombardiers, chasseurs, attaque au sol, etc. Il est tactiquement intéressant de voler de plus en plus vite, de plus en plus haut, de plus en plus loin. La course aux records en tous genres est lancée et c'est la période des exploits : traversée des mers, puis des océans ; survol des massifs montagneux ; croisières longue distance ; etc.

Le second conflit mondial est caractérisé par une utilisation massive de l'avion pour les missions de bombardement et, en corollaire, des chasseurs et intercepteurs chargés de les protéger ou de les détruire. Sur le plan technique c'est aussi l'apogée du moteur à piston. Le développement du réacteur, vers la fin du conflit, et l'apparition du radar vont permettre, la paix revenue, l'essor du transport aérien commercial.

De nouveau, à la fin du conflit, des pilotes entraînés et des avions se trouvent disponibles en grand nombre. Les progrès réalisés dans le domaine du radar permettent de suivre et de guider l'avion en vol sans visibilité. Les compagnies aériennes naissent et commencent à concurrencer les paquebots et les trains au moins pour le voyage en conditions luxueuses. La mise en service du Boeing 707 par la PanAm en 1958 marque le passage au transport aérien commercial de masse. La concurrence est vive entre les compagnies et s'intensifie encore avec la dérégulation lancée aux États-Unis en 1978. Les paquebots transocéaniques disparaissent et le train lui-même est concurrencé sur les trajets de durée supérieure à trois heures.

Sur le plan militaire, la « compétition » continue entre les États-Unis et l'URSS pendant la guerre froide. Le mur du son est atteint puis largement dépassé, les bombardiers supersoniques volent à Mach 2 et les intercepteurs à plus de Mach 3. La nature du combat change avec les performances du radar de détection et l'utilisation des missiles air-air et sol-air pour empêcher la pénétration. L'accent se porte sur des performances nouvelles comme la furtivité et la pénétration basse-altitude, sous la couverture radar.

L'aéronautique est, depuis ses origines, une lutte pour l'allègement des structures et l'augmentation de la puissance. Ce n'est qu'en 1977 que le premier vol utilisant un « moteur humain » sera réalisé à bord du Gossamer Condor, un avion de moins de 32 kg. À l'opposé l'Airbus A 380 est en service commercial depuis 2007, ses quatre réacteurs développent une poussée supérieure à 1 200 kN et permettent de faire décoller plus de 400 tonnes.

La pratique d'une activité aérienne est le plus souvent réglementée en raison de la nécessité de partager l'espace aérien entre les divers utilisateurs et en raison des risques ou inconvénients que la pratique de cette activité peut causer aux habitants ou à l'environnement.

Dans la plupart des pays, États-Unis et Europe en particulier, on distingue trois grandes classes d'activités :

• militaire : missions liées à la défense nationale mais aussi, suivant l'organisation des pays, des missions de contrôle des frontières ou de police.
• transport aérien commercial : transport de passagers ou de fret par des compagnies aériennes entre aéroports d'un même pays ou de pays différents. Les États-Unis et l'Europe ayant été les pionniers et étant encore (en 2014) les principaux acteurs la réglementation de ce domaine fait l'objet d'accords internationaux qui sont aussi, le plus souvent, appliqués au sein des pays.
• l'aviation générale : elle recouvre l'ensemble des activités réglementées qui ne font pas partie des deux domaines ci-dessus. Ce sont les activités liées au travail aérien, aux loisirs ou aux sports.
• une quatrième classe peut exister de facto, celle des activités ne faisant pas l'objet de réglementation ou étant réglementées par des organismes non-aéronautique. Par exemple, les États-Unis ne soumettent pas la pratique de l'ULM à la FAA mais au Département des transports, un ULM est considéré comme un véhicule et non comme un aéronef.

Dans la majorité des cas un aéronef est conçu pour l'exercice d'une activité et configuré en conséquence. Les principaux types d'aéronef sont :

• pour les activités militaires :
  • les avions ou hélicoptères de combat
  • les avions de patrouille
  • les avions de transport
  • les avions d'entraînement
• pour le transport aérien commercial
  • les avions de ligne
• pour l'aviation générale
  • de travail aérien
    • le transport de passagers ou de fret, avion d'affaires
    • l'épandage agricole ou lutte contre l'incendie
    • l'apprentissage du pilotage
  • de loisirs
    • les avions ou hélicoptères légers
    • les ULM
    • les aérostats
  • de sport
    • les avions de voltige
    • le vol à voile
    • le parapente
    • le parachutisme

Dans la pratique la frontière entre activité et type d'aéronef n'est pas absolue. Un avion de ligne peut, par exemple, être utilisé comme avion d'affaires ou être utilisé par les forces armées pour le transport des autorités gouvernementales. La distinction entre activité de loisirs ou sportive est imparfaite.

Il existe une catégorie consacrée à ce sujet : Type d'aéronef.

Le développement d'un aéronef se fait en fonction de sa mission (terme utilisé par les forces armées) ou de son utilisation opérationnelle (terme utilisé dans les domaines civils). Cela conduit à des aéronefs de morphologie distinctes : l'aéronef est adapté à son activité principale.

Le nombre d'avions, de toutes catégories, dépasse largement le nombre d'hélicoptères en service. Le terme « aviation », de facto, recouvre l'ensemble des activités utilisant ces deux types d'aéronefs.

Plus de 900 compagnies aériennes proposent des vols réguliers chaque jour. La plus grande d'entre elles met en œuvre une flotte de plus de 400 appareils, les plus petites un seul. La flotte mondiale est estimée à plus de 14 000 appareils en 2008. Les types d'avions utilisés sont :

Cabine d'un Boeing 747.Cabine d'un Fairchild Metroliner.

• les avions gros porteurs : pouvant transporter plus de 250 passagers en cabines comportant deux allées de circulation ; ils sont généralement utilisés sur les lignes long courrier à très forte densité.
• les avions à fuselage étroit : pouvant transporter entre 100 et 200 passagers en cabines comportant une allée de circulation ; ils sont généralement utilisés sur les lignes moyen et long courriers de densité moindre.
• les avions régionaux : pouvant transporter quelques dizaines de passagers ; ils sont utilisés pour les liaisons entre les grands aéroports et les villes alentour ou pour des liaisons moyen courrier à faible densité.

• les avions d'apport : transportant moins de trente passagers. Ces avions sont utilisés pour alimenter les aéroports régionaux ou pour assurer les liaisons très court courrier à faible densité telle que la desserte d'une île à partir du continent.

Un avion (ou un hélicoptère) d'affaires est un appareil semblable à ceux utilisés pour le transport commercial de passagers mais n'accueillant que quelques passagers dans des conditions souvent luxueuses. Ils sont la propriété de grandes entreprises qui les mettent à disposition de leurs cadres ou bien sont utilisés par des compagnies qui proposent le transport à la demande, l'avion-taxi. C'est le cas des hélicoptères souvent utilisés pour joindre les grands aéroports à des héliports situés au centre des grandes métropoles ou vers des destinations de prestige.

Les avions utilisés sont :

• des bimoteurs à hélices, afin de pouvoir voler par tous les temps, emportant moins d'une dizaine de passagers.
• des bi- ou tri- réacteurs de morphologie semblable aux transports de passagers mais « miniaturisés ».
• quelques avions de ligne spécialement aménagés, souvent utilisés par les États pour transporter leurs dirigeants.
• des hélicoptères.

Les avions de lutte contre l'incendie sont équipés d'un réservoir de soute pouvant contenir une grande quantité d'eau. Ils utilisent une écope pour récupérer l'eau en survolant un plan d'eau à très basse altitude.

La plupart des travaux aériens sont réalisés en utilisant des appareils existants modifiés pour pouvoir emporter les réservoirs ou les équipements nécessaires. Exemples :

• l'épandage aérien en agriculture extensive : une rampe d'épandage est fixée sous la voilure d'un avion léger et le réservoir de produit chimique est installé dans le fuselage.
• la photographie aérienne : une trappe est percée dans le plancher pour permettre l'installation d'objectifs photographiques.

L'hélicoptère est particulièrement adapté à certains travaux :

• grue mobile (Grue volante) ;
• épandage : le souffle du rotor de sustentation aide à diffuser le produit

Ces avions sont le plus souvent des monomoteurs équipés d'un moteur à piston. Ils ne sont pas autorisés à pratiquer le vol sans visibilité et ne servent donc que pour les loisirs, l'apprentissage initial du pilotage, et plus généralement les activités ne nécessitant pas le respect d'un horaire.

L'aéronautique permettant le déplacement aérien et transfrontière de biens et personnes a très vite généré des entités chargées d'organiser cette activité sur le plan international afin de promouvoir des standards et des normes aussi bien au niveau des appareils qu'au niveau des équipages.

L'activité aéronautique est aussi une composante de l'économie d'un pays et de nombreuses écoles ont pour but de former les cadres des usines de construction aéronautique, de l'industrie du transport aérien ou du contrôle de la navigation aérienne.

Enfin, l'intérêt du grand public pour l'aéronautique a entraîné la création de nombreux musées qui lui sont dédiés ainsi que des salons et démonstrations aériennes.

Plus récemment, bien que - comme le transport maritime - non incluse dans le protocole de Kyoto, la contribution du transport aérien aux modifications climatiques soit devenue un sujet de préoccupation international, en raison des émissions significatives de ces secteurs et en raison de leur forte croissance.

Il existe une catégorie consacrée à ce sujet : Technologie aéronautique.L'aéronautique expérimentale est à la pointe des secteurs de recherche et de l'industrie de l'armement, ce qui justifie ses budgets

L'aérodynamique est une des applications de la mécanique des fluides. Les équations permettent de modéliser et d'expliquer pourquoi un aérodyne peut se sustenter et se déplacer dans l'atmosphère. La catégorie inclut aussi une présentation des différents éléments d'un aéronef qui permettent l'application pratique des théories de l'aérodynamique : ailes, empennage, volets, hélice et rotors, etc.

Les deux aéronefs les plus couramment utilisés sont, aujourd'hui, l'avion et l'hélicoptère. La catégorie types d'aéronef présente les concepts de plus légers que l'air et de plus lourds que l'air qui ont marqué l'histoire de l'aéronautique. Tous les aéronefs d'aujourd'hui sont propulsés soit par des moteurs à pistons (aviation légère), soit par des turbopropulseurs et turbine à gaz (petits avions de transport, hélicoptères), soit par des turboréacteurs (gros avions de transport, aviation militaire). La catégorie propulsion présente ces moyens et d'autres moins courants.

Le déplacement d'un aéronef dans l'atmosphère fait appel à deux familles de technologies : celle permettant le pilotage, c'est-à-dire le contrôle de l'attitude de l'aéronef et, celle permettant le déplacement par rapport au sol, c'est-à-dire la navigation. Cette dernière catégorie n'est pas spécifique à l'aéronautique, nombre de technologies sont héritées de la navigation maritime complétées par les technologies les plus récentes, telle que la navigation par satellites (GPS), sont utilisées sur tous les types de mobiles. L'ensemble des technologies permettant à un aéronef de voler est regroupé dans la catégorie avionique.

L'activité aéronautique est dépendante d'autres technologies telles que la connaissance de l'atmosphère terrestre et la météorologie et son anticipation.

Les entreprises du secteur aéronautique incluent :

• les constructeurs d'aéronefs (cellules), les motoristes et les équipementiers ;
• les utilisateurs, en particulier les compagnies aériennes ;
• les gestionnaires d'infrastructure, en particulier les aéroports.

La Catégorie Personnalité de l'aéronautique rassemble les concepteurs, ingénieurs et techniciens, d'une part, et les pilotes ou membres d'équipage, d'autre part, qui ont marqué l'histoire de l'aéronautique.

• John D.Anderson Jr. né le 1er octobre 1937 dans la ville de Lancaster en Pennsylvanie. Il commença son enseignement dans l'université de Floride en 1959 et il obtient son diplôme d'ingénierie d'avion avec la mention assez bien. De 1959 jusqu'à 1962 il était en tant que scientifique de l'armée de l'air « Wright-Patterson », il recherchait dans le laboratoire de recherche d'aérospatiale.

L'aérodynamique (Écouter) est une branche de la dynamique des fluides qui étudie les écoulements d'air, et leurs effets sur des éléments solides. Dans des domaines d'application tel que le design, des éléments d'aérodynamique sont repris du point de vue humain et subjectif, sous le nom d'aérodynamisme, avec des considérations, par exemple, sur les formes pouvant apparaître comme favorables à l'avancement.

L'aérodynamique s'applique aux déplacements des véhicules (aérodynes, automobiles, trains), aux systèmes de propulsion (hélices, rotors, turbines, turboréacteurs), aux installations fixes dans un air en mouvement subissant les effets du vent (bâtiments, tours, ponts) ou destinés à la production d'énergie (éoliennes), aux systèmes transformant une énergie aérodynamique en énergie mécanique et vice-versa (turbines, compresseurs).

Le champ d'études peut se subdiviser en aérodynamique incompressible et compressible en fonction du nombre de Mach, c'est-à-dire en fonction du rapport entre la vitesse de l'écoulement et celle du son.

• L'aérodynamique incompressible concerne les écoulements pour lesquels le nombre de Mach est inférieur à 0,2 à 0,3 environ (selon les cas), ce qui autorise certaines hypothèses simplificatrices.
• L'aérodynamique compressible quant à elle se subdivise en aérodynamique :
  • subsonique à Mach < 1 et le Mach critique, ce qui correspond à une vitesse d'écoulement localement supérieure à la vitesse du son ;
  • transsonique à Mach compris entre le Mach critique et 1 ;
  • supersonique à Mach entre 1 et 5 et hypersonique au-delà.

L'aérodynamique est une science qui fait partie de la mécanique des fluides, appliquée au cas particulier de l'air. À ce titre, les modèles mathématiques qui s'appliquent sont :

• les équations de Navier-Stokes lorsque les effets visqueux ne sont pas négligeables. Le paramètre principal quantifiant ces effets est le nombre de Reynolds ;
• les équations d'Euler ou de fluide parfait, lorsque les effets visqueux sont négligeables ;
• l'équation de Stokes lorsque les effets visqueux sont prépondérants et les effets inertiels du fluide négligeables (nombre de Reynolds proche de zéro ;
• l'équation d'état du gaz (modèle du gaz parfait pour l'air).

Forces

Le champ de pression s'exerçant sur un obstacle induit globalement un torseur d'efforts où l'on considère généralement :

une force de traînéeFx, parallèle à la direction moyenne de l'écoulement ;une force de dériveFy, perpendiculaire à la direction moyenne de l'écoulement, dans le plan horizontal ;une force de portanceFz, perpendiculaire à la direction moyenne de l'écoulement, dans le plan vertical.

L'expression de la force est de la forme générale :

{\displaystyle F=q\,S\,C}

q étant la pression dynamique, {\displaystyle q={\frac {1}{2}}\,\rho \,V^{2}}

d'où : {\displaystyle F={\frac {1}{2}}\,\rho \,V^{2}\,S\,C}

avec :

• {\displaystyle \rho } (rhô) = masse volumique de l'air ({\displaystyle \rho } varie avec la température et la pression) ;
• S = surface de référence ;
• C = coefficient aérodynamique ;
• V = Vitesse relative du corps par rapport au fluide.

Définition de la surface de référence :

• pour une surface portante généralement bien profilée, S est la surface projetée sur le plan horizontal (ou sur le plan vertical médian pour un empennage vertical ou une dérive) ;
• pour un objet à forte traînée de forme (traînée de pression) comme une automobile, dont le Cx est 5 à 8 fois celui d'un fuselage d'avion[réf. souhaitée], on utilise plutôt le maître-couple ou la surface frontaleNote 1 ;
• pour un objet à faible traînée de forme comme un fuselage d'avion, on utilise le maître-couple (la surface frontale) ou éventuellement la surface mouillée.

Quelle que soit la surface de référence, cette surface de référence doit toujours être précisée (il n'y a jamais de surface de référence évidente).

Les coefficients aérodynamiques sont des coefficients adimensionnels servant à quantifier les forces en x, y et z :

• Cx : le coefficient de traînée ;
• Cy : le coefficient de portance latérale ;
• Cz : le coefficient de portance.

Dans la littérature anglo-saxonne le coefficient Cx est désigné par Cd (drag) et Cz par Cl (lift) la portance. Dans la littérature allemande, Cx et Cz sont désignés respectivement par Cw (Widerstand) et Ca (Achsauftrieb). Les coefficients Cx, Cy et Cz sont sans dimension.

Les forces étant calculées ou mesurées expérimentalement (en soufflerie), les coefficients sont déterminés en posant {\displaystyle C={\frac {F}{q\,S}}}

{\displaystyle C_{x,y,z}={\frac {F_{x,y,z}}{{\frac {1}{2}}\,\rho \,V^{2}\,S}}}

avec :

• S : surface de référence ;
• V : vitesse relative du vent.

Conversion des coefficients adimensionnels fuséistes Cn et Ca en coefficients des avionneurs Cz et Cx.

Les fuséistes utilisent pour leurs calculs le coefficient de force normale Cn et le coefficient de force axiale Ca.

La force normale est la projection sur un plan normal à l'axe de l'engin de la résultante aérodynamique développée par le fuselage ou un organe aérodynamique.La force axiale est la projection sur l'axe de l'engin de la résultante aérodynamique développée par le fuselage ou un organe.

La surface de référence utilisée dans l'établissement du Cn et du Ca est fréquemment la maîtresse section du fuselage de l'engin. Cependant, comme toujours en Mécanique des fluides, le choix de la surface de référence est libre : la seule obligation impérative est de toujours préciser ce choix (il faut toujours penser qu'il n'y a jamais de surface de référence évidente).

Ce qui rend pratique l'usage des coefficients fuséistes Cn et Ca, c'est que le Ca d'un engin (ou d'un de ses organes) ne peut avoir aucun effet directionnel sur cet engin (ce qui n'est pas le cas du Cx lorsque l'incidence est non nulleNote 2).

Les coefficients fuséistes Cn et Ca sont évidemment liés aux coefficient des avionneurs Cx, Cy ou Cz par des formules simples de conversions (pourvu que la même surface de référence soit utilisée pour tous ces coefficients). Ces formules de conversion sont :

{\displaystyle C_{a}=C_{x}\cos \alpha -C_{z}\sin \alpha }et :{\displaystyle C_{n}=C_{x}\sin \alpha +C_{z}\cos \alpha }

Et dans l'autre sens :

{\displaystyle C_{x}=C_{n}\sin \alpha +C_{a}\cos \alpha }et :{\displaystyle C_{z}=C_{n}\cos \alpha -C_{a}\sin \alpha }

Le coefficient de traînée est le rapport : traînée / (surface de référence × pression dynamique).

En aviation, le coefficient de résistance est désigné par le coefficient de traînée, rapporté dans le cas de l'aile à sa surface projetée. La traînée totale est la somme de la traînée parasite (non liée à la portance) et de la traînée induite par la portance. On peut quantifier la traînée totale :

• par un coefficient global rapporté à la surface projetée de l'aile ou à la surface mouillée totale de l'avion ;
• par une « surface de traînée équivalente » ou « surface de plaque plane » qui aurait un Cx = 1. C'est l'équivalent du produit S'Cx pour une automobile.

En aérodynamique automobile, connaître le Cx n'est pas suffisant, il est nécessaire de connaître aussi la surface frontale du véhicule. Dans un bilan de traînées comparées, on utilise le produit S.Cx. On obtient une surface de traînée équivalente qui aurait un Cx = 1Note 3.

• la force de traînée est : {\displaystyle {\vec {F}}_{x}={\vec {q}}\,S\,C_{x}={\frac {1}{2}}\,\rho _{\mathrm {air} }\,{\vec {V}}^{2}\,S\,C_{x}}
  • ρair : masse volumique de l'air (1,225 kg/m3 à 15 °C au niveau de la mer)Note 4
  • V : vitesse de déplacement (en m/s)
  • S : surface de référence (surface projetée, surface mouillée, maître couple)
  • Cx : coefficient de traînée
• L'équation fondamentale {\displaystyle {\vec {F}}=m\,{\vec {a}}} permet de calculer cette force de traînée :

L'équation de la portance est similaire à celle de la traînée avec Cx remplacé par Cz ou bien Cy pour une portance latérale, d'où :

{\displaystyle F={\frac {1}{2}}\,\rho \,V^{2}\,S\,C_{z}}

Le rapport portance/traînée (Cz / Cx) d'un corps ou d'une aile est nommé finesse aérodynamique. Comme pour un aérodyne la portance est égale au poids, la finesse aérodynamique est le quotient du poids de l'engin par sa traînée ; elle représente donc le rendement de l'aérodyne en tant que générateur de portanceNote 5

Nous considérerons ici seulement l'aérodynamique en régime subsonique à petit Nombre de Mach (avec peu ou pas d'effets dus à la compressibilité de l'air). La connaissance des forces agissant sur un avion permet d'en déduire le comportement dans les différentes phases du vol.

En aérodynamique, il est d'usage de décomposer la traînée totale d'un avion en trois grandes catégories :

1. La traînée induite (par la portance) ;
2. La traînée parasite que l'on décompose elle-même en :
   • traînée de frottement,
   • traînée de forme ou traînée de pression,
   • traînée d'interférence.
3. La traînée de compressibilité, ou traînée d'onde.

Cette multiplicité de dénomination est un découpage analytique visant à mettre en avant la contribution à la traînée de tel ou tel phénomène aérodynamique. Par exemple, la traînée induite renvoie à l'énergie induite par la portance de l'aile. La traînée d'onde renvoie à l'énergie dissipée au niveau de l'onde de choc.

En conséquence, Il convient de garder en mémoire qu'en termes physiques, seuls deux mécanismes contribuent à la traînée : le bilan de pression et le frottement pariétal (tangentiel). Ainsi, si on considère un élément de surface élémentaire de l'avion dS au point M muni d'une normale {\displaystyle {\tilde {n}}} et d'une tangente {\displaystyle {\tilde {t}}}, l'effort élémentaire sur cette surface s'écrit :

{\displaystyle {\tilde {F}}=\left(p(M)\,{\tilde {n}}+T_{w}\,{\tilde {t}}\right)\mathrm {d} S}

On voit que si on connaît en tout point de la surface de l'avion la pression {\displaystyle p(M)} et le frottement {\displaystyle T_{w}(M)}, on est en mesure d'exprimer l'ensemble des efforts aérodynamiques s'exerçant sur celui-ci. Pour ce faire, il suffit d'intégrer {\displaystyle {\tilde {F}}} sur toute la surface de l'avion. En particulier, la traînée s'obtient en projetant {\displaystyle {\tilde {F}}} sur un vecteur unitaire {\displaystyle {\tilde {u}}} opposé à la vitesse de l'avion. On obtient alors :

{\displaystyle F=\iint \limits _{S}{\tilde {F}}\cdot {\tilde {u}}\;\mathrm {d} S=\iint \limits _{S}p(M)\,{\tilde {n}}\cdot {\tilde {u}}\;\mathrm {d} S+\iint \limits _{S}T_{w}\,{\tilde {t}}\cdot {\tilde {u}}\;\mathrm {d} S}.

Dans cette expression de la traînée, le premier terme donne la contribution de la pression. C'est dans ce terme qu'intervient, via une altération du champ de pression, la traînée induite et la traînée d'onde. Le second terme regroupe la traînée de frottement, due au phénomène de couche limite liée à la viscosité de l'air.

L'expression complète est traînée induite par la portance. Elle est causée par tout ce qui crée de la portance, proportionnelle au carré du coefficient de portance (Cz en français, Cl en anglais), et inversement proportionnelle à l'allongement effectifNote 6 de l'aile. La traînée induite minimale est obtenue en théorie par une distribution de portance en envergure de forme elliptique. Cette distribution est obtenue en jouant sur la forme en plan de l'aile et sur son vrillage (variation du calage des profils en envergure).

Calcul de la résistance induite Ri :

{\displaystyle R_{i}={\frac {1}{2}}\,\rho \,V^{2}\,S\,C_{i}}

avec S surface de référence et Ci coefficient de traînée induite :

{\displaystyle C_{i}={\frac {C_{z}^{2}}{\pi \,\lambda \,e}}}

avec λ = allongement effectif de l'aile (allongement géométrique corrigé) et e = Oswald factor, inférieur à 1 (valeur variable, environ 0,75 à 0,85), pour tenir compte d'une répartition de portance en envergure non optimale.

La traînée induite est maximale à Cz élevé, donc à basse vitesse et/ou à haute altitude (jusqu'à plus de 50 % de la traînée totale). Le mécanisme de la traînée induite a été théorisé par Ludwig Prandtl (1918) de la manière suivante : Pour avoir une portance, il faut une surpression relative à l'intrados de l'aile et/ou une dépression relative à l'extrados de l'aile. Sous l'effet de cette différence de pression, l'air passe directement de l'intrados à l'extrados en contournant l'extrémité de l'aile. Il en résulte que, sous l'intrados, le flux d'air général se trouve dévié latéralement vers l'extrémité de l'aile, et que sur l'extrados le flux d'air se trouve dévié vers le centre de l'aile. Lorsque les flux respectifs de l'intrados et de l'extrados finissent par se rejoindre au bord de fuite de l'aile, leurs directions divergent, ce qui cause à la fois la traînée induite et des tourbillons en arrière du bord de fuite.[réf. souhaitée]

La puissance de ces tourbillons est maximale à l'extrémité de l'aile (tourbillons marginaux). L'énergie invisible contenue dans ces masses d'air en rotation constitue un danger pour la navigation aérienne. Elle impose une distance de séparation minimale entre avions, spécialement pour des avions légers suivant des avions de ligne.

La traînée induite est une composante importante de la traînée totale, notamment aux basses vitesses (forts coefficients de portance, et de même pour les voiles de bateaux). Réduire la traînée induite à une vitesse donnée suppose de diminuer le Cz de vol (diminuer la charge alaire), augmenter l'allongement effectif et répartir la portance en envergure de façon optimale (répartition elliptique).

Pour diminuer la traînée induite :

• les planeurs ont des ailes à grand allongement,
• les extrémités d'ailes d'avions de ligne peuvent porter des ailettes ou winglets qui augmentent l'allongement effectif et peuvent récupérer une partie de l'énergie du tourbillon marginal (vortex).
• les avions rapides ont des ailes dont la forme en plan et le vrillage des profils donnent une répartition de portance proche de l'ellipse :
  • soit un trapèze d'effilement voisin de 0,5. Les avions de ligne qui volent à Mach élevé (0,85) présentent un effilement supérieur, de l'ordre de 0,3, à cause de l'angle de flèche des ailes (environ 25 - 30°) qui a pour effet de surcharger les extrémités de la voilure.
  • soit une ellipse comme l'aile du Spitfire. Il semble néanmoins que le plan en ellipse n'amène pas d'avantage vraiment significatif ; il n'a pas été repris depuis.

Dans l'écoulement d'un fluide sur une surface on constate au voisinage immédiat de la surface un ralentissement du fluide. L'épaisseur où le fluide est ralenti s'appelle la couche limite. Dans la couche limite les molécules d'air sont ralenties, ce qui se traduit par une perte d'énergie qui doit être compensée par l'énergie fournie par la propulsion de l'avion.

Nombre de Reynolds (à développer) {\displaystyle {\text{Re}}={\frac {VL}{\nu }}} avec

{\displaystyle V} : vitesse en m/s ;{\displaystyle L} : longueur du corps ou corde du profil en m ;{\displaystyle \nu } : viscosité cinématique du fluide (varie avec la température, environ 15,6 × 10-6 à 25 °C pour l'air).

La résistance aérodynamique d'un objet dépend de sa forme. Si l'on compare les traînées d'un disque perpendiculaire à l'écoulement, d'une sphère de même diamètre et d'une forme profilée également de même diamètre (présentant la forme dite de façon abusive "en goutte d'eau"), on constate que la sphère suscite 50 % de la résistance du disque, et la "goutte d'eau" à peine 5 % de la résistance de ce même disque. La traînée de forme est minimale quand l'écoulement n'est pas décollé. Les variations de section brutales du corps amènent des décollements, de la turbulence et donc de la traînée. Afin de réduire les décollements et la turbulence, il faut "profiler" le corps.

Papier calque

Papier calque ou papier de trompete 

Cree dans les ateliers du lovre 1454

Le papier calque est un type de papier translucide. Il est fabriqué par immersion de papier de bonne qualité dans de l'acide sulfurique pendant quelques secondes. L'acide a pour effet de transformer une partie de la cellulose, et cela donne pour effet le caractère translucide du papier calque.

Le papier calque est surtout utilisé pour dessiner ou reproduire un dessin (artistique ou technique) par transparence car il est ainsi visible à travers le papier. On obtient un tracé à l'identique.

Le papier calque est idéal pour dessiner à l'encre de Chine ou au crayon car il permet de faire des modifications par grattage ou gommage et aussi d'exécuter des tirages par la photocopie en petit et grand format pour des tirages en nombres.

À noter que la fibre de cellulose pure est déjà translucide. C'est l'air emprisonné entre les fibres qui rend le papier opaque et visuellement blanc. Si le papier est suffisamment « raffiné » pour éliminer l'air entre les fibres, la feuille sera également translucide.

Le papier calque, appelé ainsi parce qu'il permet de calquer, était au xixe siècle connu sous le nom de papier végétal1. Calquer, c'est prendre une image d'un relief, comme une monnaie ou une inscription, en appliquant dessus une feuille de papier et en frottant un fusain, une craie ou un crayon. Par extension, tous les moyens qui permettent de prendre une copie plate. Avant l'invention du papier transparent, on a utilisé le papier huilé, le papier pelure et le papier de soie.

Au début du xxe siècle, tout le dessin industriel se faisait sur papier calque, non seulement à cause de la facilité de corriger une erreur par grattage de l'encre, mais aussi pour permettre la reproduction photographique par contact, donnant par cyanotypie, puis à partir des années 1940 par diazographie, les bleus et les marrons à diffuser aux ateliers.

Mais la fragilité de ce papier, sa propension à la déchirure, sa sensibilité à l'humidité, l'on fait abandonner au profit du calque polyester.

La cellulose est un glucide constitué d'une chaîne linéaire de molécules de D-glucose (entre 15 et 15 000)6. Ce biopolymère est le principal constituant de la paroi des cellules végétales, y compris du bois7 (lequel est caractérisé par ailleurs par une forte teneur en lignine).

La cellulose constitue 35 à 50 % de la biomasse végétale terrestre devant l'hémicellulose (30 à 45 %) et la lignine (15 à 25 %), formant ainsi la première famille de composés par ordre d'abondance dans les plantes et dans les écosystèmes terrestres où domine la biomasse végétale morte ou vive8.

La cellulolyse désigne le processus d'hydrolyse des liaisons de la cellulose par des enzymes cellulolytiques.

Les macromolécules de cellulose associées forment des microfibrilles, qui elles-mêmes associées en couches, forment les parois des fibres végétales. Il s'établit des liaisons hydrogène entre les molécules de glucose des différentes chaînes.

La cellulose se trouve exceptionnellement à l'état presque pur dans les parois cellulaires des poils des graines de coton (près de 95 %), alors que sa teneur dans le bois est de 40 à 50 %, 70 % dans le chanvre, et 80 % dans le lin, ce qui explique l'importance économique de ces fibres9.

C'est le principal constituant du bois. La cellulose constitue la matière organique la plus abondante sur la Terre (plus de 50 % de la biomasse). La quantité synthétisée par les végétaux est estimée à 50-100 milliards de tonnes par an.

Les champignons filamenteux, comme ceux du genre Trichophyton (dermatophyte), possèdent une membrane qui peut être constituée de cellulose.

Certaines bactéries comme Acetobacter xylinum produisent de la cellulose bactérienne10.

Les monomères de glucose sont liés par des liaisons β-(1→4), conduisant à des polymères linéaires. À chaque unité, on a une rotation de 180° qui permet de faire un réseau de liaisons hydrogène entre l'oxygène du cycle et le OH en position 3, conférant ainsi une structure fibreuse à la cellulose. L'association de 36 chaines de cellulose forme une microfibrille de cellulose.11 L'association de 6 micro-fibrilles de cellulose forme une macro-fibrille et un agencement de plusieurs macrofibrilles forme ce qui est généralement appelé une fibre de cellulose.

La cellulose est un homopolymère linéaire composé de dimères de résidus β-D-anhydroglucopyranose AGU (deux unités AGU reliées entre elles par des liaisons glycosidiques β-(1→4) forment le motif de répétition appelé cellobiose). Les AGU se trouvent en conformation chaise et possèdent 3 fonctions hydroxyles : 2 alcools secondaires (en position 2 et 3) et un alcool primaire (en position 6). Ces fonctions hydroxyles, ainsi que les liaisons glycosidiques, se situent en position axiale par rapport au plan du cycle ce qui entraîne donc que les hydrogènes du cycle se trouvent en position équatoriale.

Les polymères non ramifiés forment des chaînes qui peuvent s'assembler entre elles (de 80 à 120 en moyenne) par des ponts hydrogène pour former des structures rigides, allongées, les microfibrilles (en) (environ 1 500 molécules par fibre). L'orientation en arrangement parallèle est défini par les extrémités réductrices et non réductrices des polymères. La molécule est étirée, car les liaisons sont équatoriales, et permettent donc une extension maximale12.

Le degré de polymérisation diffère énormément selon l'origine de la cellulose ; en fonction de l'espèce végétale, sa valeur peut varier de 1 000 à 30 000, correspondant à une chaîne de longueur comprise entre 0,15 et 5 μm13.

Elle n'est pas digérée par l'humain, mais est cependant utile au bon fonctionnement des intestins sous forme de fibres végétales. Les animaux herbivores utilisent en général des enzymes d'origine exogène, c'est-à-dire produites par certaines bactéries de la flore intestinale pour digérer la cellulose.

L'un des meilleurs solvants de la cellulose est le cupri-éthylène-diamine (CED). On obtient empiriquement un produit proche, la liqueur de Schweitzer, en laissant couler de l'ammoniaque sur des copeaux de cuivre et en refaisant passer le liquide plusieurs fois. Il devient d'un bleu intense. Il ne faut pas secouer des copeaux dans de l'ammoniaque pour produire la liqueur car l'excès d'oxygène bloque la réaction. Les filtres habituels seraient dissous. La cellulose ainsi dissoute est libérée dans l'eau acidifiée : c'est une manière de produire de la rayonne (viscose).

On a récemment montré que comme le collagène (dans le monde animal)14 et comme la chitine (chez les insectes, les crustacés ou les champignons), la cellulose a des propriétés piézoélectriques, lesquelles pourrait intéresser le secteur des nanotechnologies et ceux qui cherchent à créer des membranes polymères piézoélectriques souples, par exemple pour un usage biomédical15 car c'est un matériau légèrement piézoélectrique. Mais selon Camille Thevenot (2017) et selon Ehud Gazit de l'Université de Tel-Aviv16 des molécules imitant le collagène et ses propriétés se montrent beaucoup plus intéressant pour cela.

L'holocellulose est la fraction carbohydratée de la lignocellulose, l'une des « briques » les plus abondantes des biopolymères. L'hémicellulose en fait partie.

Les groupements hydroxyles de la cellulose peuvent réagir partiellement ou totalement avec différents réactifs pour donner des dérivés cellulosiques possédant des propriétés propres.

Les principales familles de dérivés de la cellulose sont les éthers de cellulose et les esters de cellulose.

La pyrolyse de la cellulose produit le lévoglucosan19.

Les termites possèdent des bactéries capables de transformer de manière efficace et économique les déchets de bois en sucres pour la production d'éthanol

La transformation de la lignine et de la cellulose (du bois, de la paille) en alcool ou en gaz (filière lignocellulosique-biocombustible) fait l'objet d'intenses recherches dans le monde entier. Les technologies de la transformation de la cellulose (la macromolécule la plus commune sur Terre) sont complexes, allant de la dégradation enzymatique à la gazéification. Des entreprises canadiennes (comme Iogen), américaines (Broin Co.) et deux universités suédoises (Usine pilote d'Örnsköldsvik) passent actuellement à la phase de production industrielle d'éthanol cellulosique.

Selon le directeur du Programme des Nations unies pour l'Environnement, les termites possèdent des bactéries capables de transformer "de manière efficace et économique les déchets de bois en sucres pour la production d'éthanol". Les enzymes trouvées dans le tube digestif des termites et produites par ces bactéries symbiotiques sont en effet capables de convertir le bois en sucre en 24 heures. Le potentiel de la filière cellulosique est énorme et les technologies évoluent rapidement.

La cellulose est le principal composant du bois. En ce sens, c'est l'élément essentiel de la combustion du bois qui est, par exemple, la première source d'énergie renouvelable en France[réf. nécessaire].

La cellulose et ses dérivés sont utilisés dans l'industrie agroalimentaire. En tant qu'additifs alimentaires, ils portent les codes de E460 à E466 :

• E460(i), cellulose microcristalline ;
• E460(ii), poudre de cellulose (forme accidentellement découverte en 1955 par OA Battista & Patricia Smith dans un laboratoire où ils cherchaient à produire un fil très solide de viscose pour renforcer les pneus d'automobiles20) ;
• E461, méthylcellulose ;
• E462, éthylcellulose ;
• E463, hydroxypropylcellulose ;
• E464, Hydroxypropylméthylcellulose ;
• E465, éthylméthylcellulose ;
• E466, carboxyméthylcellulose.

La cellulose issue de la fermentation de la bactérie Acetobacter xylinum est le principal constituant de la Nata de coco.

Structure de la nitrocellulose.

La cellulose est une importante matière première industrielle. Elle sert :

• soit sous forme de fibres brutes à la fabrication de pâte à papier, soit pâte mécanique qui inclut la cellulose, l'hémicellulose et la lignine du bois, soit pâtes chimiques qui contiennent des fibres de cellulose uniquement ;
• soit, après transformation dans l'industrie chimique :
  • à la fabrication de fibres textiles artificielles : acétate de cellulose, viscose, rayonne, modal... Ces fibres de cellulose artificielles sont de plus des précurseurs pour la fabrication de fibres de carbone thermiquement isolantes utilisées comme renfort des matériaux de protection thermique de l'industrie aérospatiale ;
  • de produits divers : acétate de cellulose, cellophane, celluloïd, Rhodoïd, collodion ;
  • d'explosifs : nitrate de cellulose (nitrocellulose) ;
  • de support des anciens films : nitrate de cellulose (nitrocellulose)21 ;
• sous forme microcristalline, elle peut servir de liant pour fabriquer des comprimés à partir de poudre ;
• elle peut servir également d'isolant thermique et d'isolant phonique, soit en panneaux, soit en vrac (ouate de cellulose) ;
• elle est aussi utilisée pour la fabrication de feuilles à rouler transparentes, ressemblant à du film plastique, sous la marque Aleda par exemple ;
• elle peut servir comme agent permettant une rétention d'eau dans les zones arides pour des fins agricoles.

Biopolymère 

Les biopolymères sont des polymères issus de la biomasse1, c'est-à-dire produits par des êtres vivants (végétaux, algaux, animaux, fongiques, etc.).

La cellulose et l'amidon par exemple sont des polysaccharides et sont d'origine végétale.

Plusieurs industries s'y intéressent comme solution de rechange aux polymères synthétisés chimiquement et issus de ressources fossiles. Les produits à base de biopolymères présentent l'intérêt d'être issus de ressources renouvelables et sont potentiellement biodégradables.

Il existe de nombreux produits sur le marché destinés à l'industrie agroalimentaire, à l'horticulture, à la galénique, la cosmétique, à l'emballage, etc. Le secteur de l'électronique est un débouché très intéressant car le marché est important et à forte valeur ajoutée. L'entreprise Fujitsu a été la première à mettre sur le marché un produit électronique (un notebook)3 à partir d'acide polylactique (PLA), un polymère d'origine bactérienne.

Il n'est toutefois pas question pour l'instant de substituer les biopolymères ou polymères pétrochimiques en raison de leurs caractéristiques et de leurs propriétés.

Papier de soie ou Papier de chanvre

Les papiers de chanvre sont des variétés de papier constituées exclusivement ou dans une large mesure de pâte obtenue à partir de fibres de chanvre industriel . Les produits sont principalement des papiers spéciaux tels que le papier à cigarette , les billets de banque et les papiers filtres techniques . Par rapport à la pâte de bois, la pâte de chanvre offre une fibre quatre à cinq fois plus longue, une fraction de lignine significativement plus faible ainsi qu'une résistance à la déchirure et à la traction plus élevée . Parce que les procédés de l'industrie du papier ont été optimisés pour le bois comme matière première, les coûts de production sont actuellement beaucoup plus élevés que pour le papier à base de bois . 

Le premier papier grossier identifié , fabriqué à partir de chanvre, date du début de la dynastie des Han occidentaux , 200 ans avant l'invention nominale de la fabrication du papier par Cai Lun , qui a amélioré et standardisé la production de papier en utilisant une gamme de matériaux peu coûteux, y compris des extrémités de chanvre, environ 2000 ans. depuis. [1] Des vêtements, des chiffons et des filets de pêche en chanvre recyclé ont été utilisés comme intrants pour la production de papier. [2] Au sixième siècle après JC, le processus de fabrication du papier s'est répandu en Corée , où le cannabis était utilisé depuis des milliers d'années, et au Japon , où le cannabis était utilisé depuis 10 000 ans. [3]

Le papier de chanvre n'a atteint l'Europe qu'au XIIIe siècle via le Moyen-Orient. En Allemagne, il a été utilisé pour la première fois au 14ème siècle. Ce n'est qu'au XIXe siècle que se sont établies des méthodes de production de papier à partir de pâte de bois , qui n'étaient pas forcément moins chères que la production de papier de chanvre mais ne nécessitaient pas de production supplémentaire car le bois était déjà là prêt à être récolté, surtout, réprimé. dans le domaine des papiers d'écriture et d'impression. Notamment, les premiers exemplaires de la Bible étaient faits de papier de chanvre. [ citation nécessaire ]

La papeterie de Goznak à Saint-Pétersbourg, en Russie , a ouvert ses portes en 1818. Elle utilisait le chanvre comme principal matériau d'entrée. Le papier de l'usine était utilisé pour l'impression de « billets de banque , papier timbré, factures de crédit, timbres postaux, obligations, actions et autres papiers filigranés ». [4]

En 1916, les scientifiques en chef du département américain de l'Agriculture, Lyster Hoxie Dewey et Jason L. Merrill, ont créé du papier à base de pâte de chanvre et ont conclu que le papier à base de chanvre était "favorable par rapport à ceux utilisés avec du bois à pâte". [5] [6] La composition chimique des copeaux de chanvre est similaire à celle du bois, [7] faisant du chanvre un bon choix comme matière première pour la fabrication du papier. Un livre ultérieur sur le chanvre et d'autres fibres par le même LH Dewey (1943) n'a pas de mots sur le chanvre comme matière première pour la production de papier. [8] [9] Le chanvre séché contient environ 57 % de cellulose (l'ingrédient principal du papier), contre environ 40 à 50 % dans le bois. [10] [11] [12]Le chanvre présente également l'avantage d'une plus faible teneur en lignine : le chanvre ne contient que 5 à 24 % de lignine [13] contre 20 à 35 % pour le bois. [14] Cette lignine doit être éliminée chimiquement et le bois nécessite davantage d'utilisation de produits chimiques dans le processus. [15] La production réelle de fibres de chanvre aux États-Unis a continué de baisser jusqu'en 1933 pour atteindre environ 500 tonnes/an. Entre 1934 et 1935, la culture du chanvre a commencé à augmenter, mais toujours à un niveau très faible et sans augmentation significative du papier à base de chanvre. [16] [17]

Après la Seconde Guerre mondiale, le chanvre industriel n'était cultivé que sur des micro-parcelles. Bien que le chanvre industriel cultivé dans les années 1950 et 1960 soit inoffensif en raison de l'absence quasi totale de THC , sa culture a été interdite dans de nombreux pays au cours des dernières décennies. En Allemagne, la culture du chanvre a été totalement interdite entre 1982 et 1995 par la Betäubungsmittelgesetz (loi sur les stupéfiants, la loi nationale sur les substances contrôlées) afin d'empêcher l' utilisation illégale du cannabis comme stupéfiant . Surtout en France, les variétés de chanvre utilisées pour la fabrication du papier à cigarette étaient encore utilisées et cultivées (voir Le chanvre en France). À partir de 1994, la majeure partie de la récolte de chanvre français était utilisée pour fabriquer du papier à rouler, de la monnaie et du papier de haute qualité pour les Bibles ( papier indien ). [18] [19]

Avant l'industrialisation de la production de papier, la source de fibres la plus courante était les fibres recyclées de textiles usagés, appelées chiffons. Les chiffons étaient en chanvre, lin et coton . [20] Un procédé pour retirer les encres d'imprimerie du papier recyclé a été inventé par le juriste allemand Justus Claproth en 1774. [20] Aujourd'hui, cette méthode est appelée désencrage . Il a fallu attendre l'introduction de la pâte de bois en 1843 pour que la production de papier ne dépende plus des matériaux recyclés des chiffonniers . [20

Il existe actuellement un petit marché de niche pour la pâte de chanvre, par exemple sous forme de papier à cigarettes. [21] La fibre de chanvre est mélangée à des fibres provenant d'autres sources que le chanvre. En 1994, il n'y avait pas de production significative de papier 100 % chanvre véritable. [22] La production mondiale de pâte de chanvre était estimée à environ 120 000 tonnes par an en 1991, soit environ 0,05 % du volume annuel de production mondiale de pâte. [23] La production mondiale totale de fibre de chanvre avait en 2003 diminué à environ 60 000 de 80 000 tonnes. [21] Cela peut être comparé à une usine de pâte à papier typique pour la fibre de bois, qui n'est jamais inférieure à 250 000 tonnes par an. [22] [24] Le coût de la pâte de chanvre est environ six fois supérieur à celui de la pâte de bois, [23]principalement à cause de la petite taille et de l'équipement obsolète des quelques usines de transformation du chanvre dans le monde occidental, et parce que le chanvre est récolté une fois par an (en août) [ citation nécessaire ] et doit être stocké pour alimenter l'usine toute l'année. 

Ce stockage nécessite de nombreuses manipulations (principalement manuelles) des faisceaux de tiges volumineux. Un autre problème est que toute la plante de chanvre ne peut pas être économiquement préparée pour la production de papier. Alors que l'industrie des produits du bois utilise près de 100 % de la fibre des arbres récoltés, seulement 25 % environ de la tige de chanvre séchée - l'écorce, appelée liber - contient les fibres longues et solides souhaitables pour la production de papier. [25] Tout cela représente un coût élevé des matières premières. La pulpe de chanvre est blanchie avecle peroxyde d'hydrogène , un procédé aujourd'hui également couramment utilisé pour la pâte à papier.

L'utilisation de la fibre de chanvre pour la production de papier représentait 90 % de l'utilisation (légale) du chanvre en Europe à la fin des années 1990, avec la libération de la culture du chanvre industriel dans d'autres parties de l'Europe ces dernières années, la part de l'augmentation des autres types d'utilisation (textiles, plastiques renforcés de fibres naturelles ) est actuellement d'environ 70 à 80 % et reste la ligne de produits à base de chanvre la plus importante en Europe. Aujourd'hui, le chanvre est utilisé pour le papier à cigarette entre autres en Espagne et au Royaume-Uni . [26]

Vers l'an 2000, le volume de production de pâte de lin et de chanvre s'élevait à 25 000 à 30 000 tonnes par an, qui étaient produites à partir d'environ 37 000 à 45 000 tonnes de fibres. Jusqu'à 80 % de la pâte produite est utilisée pour les papiers spéciaux (dont 95 % de papier à cigarette ). Seuls 20 % environ entrent dans le secteur de la pâte à papier standard et sont principalement constitués de pâte de bois de qualité inférieure ( étoupe non purifiée à haute teneur en copeaux ). Dans le seul cas de la pâte de chanvre, la proportion de papiers de spécialité est probablement de l'ordre de 99 %. Le marché est considéré comme saturé, donc aucune ou seulement une faible croissance dans ce domaine est prévue. [27] [28]

Les coûts de production sont environ quatre fois plus élevés que pour le papier à base de bois car l'infrastructure d'utilisation du chanvre est sous-développée. Pour la plupart, le papier de chanvre est utilisé pour des applications spécialisées et non pour des applications de masse telles que le papier d'impression, d'écriture et d'emballage. Si l'industrie papetière devait passer du bois au chanvre pour s'approvisionner en fibres de cellulose, les avantages suivants pourraient être utilisés pour compenser la différence de coût :

• Le chanvre produit trois à quatre fois plus de fibres utilisables par hectare et par an que les forêts, et le chanvre n'a pas besoin de pesticides ou d'herbicides. [29]
• Le chanvre a un rendement de récolte beaucoup plus rapide. Il faut environ 3 à 4 mois pour que les tiges de chanvre atteignent leur maturité, [30] tandis que les arbres peuvent prendre entre 20 et 80 ans. Non seulement le chanvre pousse à un rythme plus rapide, mais il contient également un niveau élevé de cellulose. [31] Ce retour rapide signifie que le papier peut être produit à un rythme plus rapide si le chanvre était utilisé à la place du bois.
• Le papier de chanvre ne nécessite pas l'utilisation de blanchiment toxique ou d'autant de produits chimiques que la pâte de bois car il peut être blanchi avec du peroxyde d'hydrogène. Cela signifie que l'utilisation de chanvre au lieu du bois pour le papier offrirait des avantages environnementaux importants en mettant fin à la création de ruissellement de chlore ou de dioxine. [32]
• Le papier de chanvre peut être recyclé jusqu'à 8 fois, contre seulement 3 fois pour le papier fabriqué à partir de pâte de bois. [33]
• Comparé à son homologue en pâte de bois, le papier à base de fibres de chanvre résiste à la décomposition et ne jaunit ni ne brunit avec l'âge. [34] C'est aussi l'une des fibres naturelles les plus solides au monde [35] - l'une des raisons de sa longévité et de sa durabilité.
• Plusieurs facteurs favorisent l'utilisation accrue de substituts du bois au papier, en particulier les fibres agricoles telles que le chanvre. La déforestation, en particulier la destruction des forêts anciennes, et la diminution de l'offre mondiale de ressources en bois sauvage sont aujourd'hui des préoccupations écologiques majeures. L'utilisation du chanvre comme substitut du bois contribuera à préserver la biodiversité. [35]

En 2019, Cornish Hemp Company, Quintessential Tips a créé le premier produit consommable au monde avec son emballage en papier de chanvre, amorçant ainsi le passage des matériaux d'emballage standard au chanvre.

Cellulose

La cellulose est un composé organique de formule ( C
6H
dixO
5)
n, un polysaccharide constitué d'une chaîne linéaire de plusieurs centaines à plusieurs milliers d' unités D -glucose liées en β(1→4) . [3] [4] La cellulose est un composant structurel important de la paroi cellulaire primaire des plantes vertes , de nombreuses formes d' algues et des oomycètes . Certaines espèces de bactéries le sécrètent pour former des biofilms . [5] La cellulose est le polymère organique le plus abondant sur Terre. [6] La teneur en cellulose de la fibre de coton est de 90 %, celle du boisest de 40 à 50 % et celle du chanvre séché est d'environ 57 %. [7] [8] [9]

La cellulose est principalement utilisée pour produire du carton et du papier . De plus petites quantités sont transformées en une grande variété de produits dérivés tels que la cellophane et la rayonne . La conversion de la cellulose des cultures énergétiques en biocarburants tels que l' éthanol cellulosique est en cours de développement en tant que source de carburant renouvelable . La cellulose à usage industriel est principalement obtenue à partir de pâte de bois et de coton . [6]

Certains animaux, notamment les ruminants et les termites , peuvent digérer la cellulose à l'aide de micro-organismes symbiotiques qui vivent dans leurs intestins, comme le Trichonympha . Dans l'alimentation humaine , la cellulose est un constituant non digestible des fibres alimentaires insolubles , agissant comme un agent gonflant hydrophile pour les matières fécales et contribuant potentiellement à la défécation .

La cellulose a été découverte en 1838 par le chimiste français Anselme Payen , qui l'a isolée de la matière végétale et a déterminé sa formule chimique. [3] [10] [11] La cellulose a été utilisée pour produire le premier polymère thermoplastique à succès , le celluloïd , par Hyatt Manufacturing Company en 1870. La production de rayonne (" soie artificielle ") à partir de cellulose a commencé dans les années 1890 et la cellophane a été inventée en 1912 . Hermann Staudinger a déterminé la structure polymère de la cellulose en 1920. Le composé a d'abord été synthétisé chimiquement (sans l'utilisation d' enzymes d'origine biologique) en 1992, par Kobayashi et Shoda. [12]

La cellulose n'a pas de goût, est inodore, est hydrophile avec un angle de contact de 20 à 30 degrés, [13] est insoluble dans l'eau et la plupart des solvants organiques , est chirale et biodégradable . Il a été démontré qu'il fondait à 467 ° C dans des tests d'impulsions effectués par Dauenhauer et al. (2016). [14] Il peut être décomposé chimiquement en ses unités de glucose en le traitant avec des acides minéraux concentrés à haute température. [15]

La cellulose est dérivée d' unités D - glucose , qui se condensent par des liaisons β(1→4) -glycosidiques . Ce motif de liaison contraste avec celui des liaisons α(1→4)-glycosidiques présentes dans l'amidon et le glycogène . La cellulose est un polymère à chaîne droite. Contrairement à l'amidon, aucun enroulement ou ramification ne se produit et la molécule adopte une conformation allongée et plutôt rigide en forme de bâtonnet, aidée par la conformation équatoriale des résidus de glucose. Les multiples groupes hydroxyle sur le glucose d'une chaîne forment des liaisons hydrogène avec des atomes d'oxygène sur la même chaîne ou sur une chaîne voisine, maintenant fermement les chaînes côte à côte et formant des microfibrilles .à haute résistance à la traction . Cela confère une résistance à la traction dans les parois cellulaires où les microfibrilles de cellulose sont enchevêtrées dans une matrice de polysaccharides . La haute résistance à la traction des tiges des plantes et du bois des arbres provient également de l'arrangement des fibres de cellulose intimement réparties dans la matrice de lignine . Le rôle mécanique des fibres cellulosiques dans la matrice bois responsable de sa forte résistance structurale, peut quelque peu être comparé à celui des fers à béton dans le béton , la lignine jouant ici le rôle de la pâte de ciment durcie .agissant comme la "colle" entre les fibres de cellulose. Les propriétés mécaniques de la cellulose dans la paroi cellulaire végétale primaire sont corrélées avec la croissance et l'expansion des cellules végétales. [16] Les techniques de microscopie à fluorescence en direct sont prometteuses dans l'étude du rôle de la cellulose dans la croissance des cellules végétales. [17]

Un triple brin de cellulose montrant les liaisons hydrogène (lignes cyan) entre les brins de glucoseLes fibres de coton représentent la forme naturelle la plus pure de cellulose, contenant plus de 90% de ce polysaccharide .

Par rapport à l'amidon, la cellulose est également beaucoup plus cristalline . Alors que l'amidon subit une transition cristalline à amorphe lorsqu'il est chauffé au-delà de 60 à 70 ° C dans l'eau (comme en cuisine), la cellulose nécessite une température de 320 ° C et une pression de 25 MPa pour devenir amorphe dans l'eau. [18]

Plusieurs types de cellulose sont connus. Ces formes se distinguent en fonction de l'emplacement des liaisons hydrogène entre et au sein des brins. La cellulose naturelle est la cellulose I, avec les structures I α et I β . La cellulose produite par les bactéries et les algues est enrichie en I α tandis que la cellulose des plantes supérieures est principalement constituée de I β . La cellulose dans les fibres de cellulose régénérée est la cellulose II. La conversion de la cellulose I en cellulose II est irréversible, suggérant que la cellulose I est métastable et que la cellulose II est stable. Avec divers traitements chimiques, il est possible de produire les structures cellulose III et cellulose IV. [19]

De nombreuses propriétés de la cellulose dépendent de sa longueur de chaîne ou de son degré de polymérisation , du nombre d'unités de glucose qui composent une molécule de polymère. La cellulose de pâte de bois a des longueurs de chaîne typiques entre 300 et 1700 unités ; le coton et d'autres fibres végétales ainsi que la cellulose bactérienne ont des longueurs de chaîne allant de 800 à 10 000 unités. [6] Les molécules à très petite longueur de chaîne résultant de la dégradation de la cellulose sont appelées cellodextrines ; contrairement à la cellulose à longue chaîne, les cellodextrines sont généralement solubles dans l'eau et les solvants organiques.

La formule chimique de la cellulose est (C 6 H 10 O 5 )n où n est le degré de polymérisation et représente le nombre de groupes glucose. [20]

La cellulose d'origine végétale se trouve généralement dans un mélange avec de l' hémicellulose , de la lignine , de la pectine et d'autres substances, tandis que la cellulose bactérienne est assez pure, a une teneur en eau beaucoup plus élevée et une résistance à la traction plus élevée en raison de longueurs de chaîne plus élevées. [6] : 3384 

La cellulose est constituée de fibrilles avec des régions cristallines et amorphes . Ces fibrilles de cellulose peuvent être individualisées par un traitement mécanique de la pâte de cellulose, souvent assisté par une oxydation chimique ou un traitement enzymatique , donnant des nanofibrilles de cellulose semi-flexibles généralement de 200 nm à 1 μm de longueur selon l'intensité du traitement. [21] La pâte de cellulose peut également être traitée avec un acide fort pour hydrolyser les régions de fibrilles amorphes, produisant ainsi de courts nanocristaux de cellulose rigides de quelques 100 nm de longueur. [22] Ces nanocelluloses présentent un grand intérêt technologique en raison de leurauto-assemblage en cristaux liquides cholestériques , [23] production d' hydrogels ou d' aérogels , [24] utilisation dans des nanocomposites aux propriétés thermiques et mécaniques supérieures, [25] et utilisation comme stabilisateurs de Pickering pour les émulsions . 

Chez les plantes, la cellulose est synthétisée au niveau de la membrane plasmique par des complexes terminaux de la rosette (RTC). Les RTC sont des structures protéiques hexamères , d'environ 25 nm de diamètre, qui contiennent les enzymes cellulose synthase qui synthétisent les chaînes de cellulose individuelles. [27] Chaque RTC flotte dans la membrane plasmique de la cellule et "fait tourner" une microfibrille dans la paroi cellulaire .

Les RTC contiennent au moins trois synthases de cellulose différentes , codées par des gènes CesA ( Ces est l'abréviation de "cellulose synthase"), dans une stoechiométrie inconnue . [28] Des ensembles séparés de gènes CesA sont impliqués dans la biosynthèse primaire et secondaire de la paroi cellulaire. On sait qu'il existe environ sept sous-familles dans la superfamille des plantes CesA , dont certaines comprennent les enzymes Csl (cellulose synthase-like) plus cryptiques et provisoirement nommées . Ces synthèses de cellulose utilisent l'UDP-glucose pour former la cellulose liée β (1 → 4). [29]

La cellulose bactérienne est produite à partir de la même famille de protéines, bien que le gène soit appelé BcsA pour « cellulose synthase bactérienne » ou CelA pour « cellulose » dans de nombreux cas. [30] En fait, les plantes ont acquis CesA à partir de l'événement d'endosymbiose qui a produit le chloroplaste . [31] Toutes les cellulose synthases connues appartiennent à la famille 2 des glucosyltransférases (GT2). [30]

La synthèse de la cellulose nécessite une initiation et un allongement de la chaîne, et les deux processus sont distincts. La cellulose synthase ( CesA ) initie la polymérisation de la cellulose en utilisant une amorce stéroïde , le sitostérol -bêta - glucoside et l'UDP-glucose. Il utilise ensuite des précurseurs UDP -D-glucose pour allonger la chaîne de cellulose en croissance. Une cellulase peut fonctionner pour cliver l'amorce de la chaîne mature. [32]

La cellulose est également synthétisée par les animaux tuniciers , en particulier dans les tests sur les ascidies (où la cellulose était historiquement appelée « tunicine » (tunicine)). [33]

La cellulolyse est le processus de décomposition de la cellulose en polysaccharides plus petits appelés cellodextrines ou complètement en unités de glucose ; c'est une réaction d' hydrolyse . Parce que les molécules de cellulose se lient fortement les unes aux autres, la cellulolyse est relativement difficile par rapport à la dégradation d'autres polysaccharides . [34] Cependant, ce processus peut être considérablement intensifié dans un solvant approprié , par exemple dans un liquide ionique . [35]

La plupart des mammifères ont une capacité limitée à digérer les fibres alimentaires telles que la cellulose. Certains ruminants comme les vaches et les moutons contiennent certaines bactéries anaérobies symbiotiques (telles que Cellulomonas et Ruminococcus spp. ) dans la flore du rumen , et ces bactéries produisent des enzymes appelées cellulases qui hydrolysent la cellulose. Les produits de dégradation sont ensuite utilisés par les bactéries pour la prolifération. [36] La masse bactérienne est ensuite digérée par le ruminant dans son système digestif ( estomac et intestin grêle ). Les chevaux utilisent la cellulose dans leur alimentation par fermentation dans leur intestin postérieur . [37] Certains termites contiennent dans leurs intestins postérieurs certains protozoaires flagellés produisant de telles enzymes, tandis que d'autres contiennent des bactéries ou peuvent produire de la cellulase. [38]

Les enzymes utilisées pour cliver la liaison glycosidique dans la cellulose sont des glycoside hydrolases , notamment des cellulases à action endo et des glucosidases à action exo . Ces enzymes sont généralement sécrétées dans le cadre de complexes multienzymatiques pouvant inclure des dockerines et des modules de liaison aux glucides . [39]

À des températures supérieures à 350 °C, la cellulose subit une thermolyse (également appelée « pyrolyse »), se décomposant en charbon solide , vapeurs, aérosols et gaz tels que le dioxyde de carbone . [40] Le rendement maximum de vapeurs qui se condensent en un liquide appelé bio-huile est obtenu à 500 °C. [41]

Les polymères cellulosiques semi-cristallins réagissent aux températures de pyrolyse (350-600 °C) en quelques secondes ; il a été démontré que cette transformation se produit via une transition solide-liquide-vapeur, le liquide (appelé cellulose liquide intermédiaire ou cellulose fondue ) n'existant que pendant une fraction de seconde. [42] Le clivage de la liaison glycosidique produit de courtes chaînes de cellulose de deux à sept monomères comprenant la masse fondue. Le barbotage de vapeur de cellulose liquide intermédiaire produit des aérosols , constitués d'anhydro-oligomères à chaîne courte dérivés de la masse fondue. [43]

La décomposition continue de la cellulose fondue produit des composés volatils, notamment du lévoglucosan , des furanes , des pyranes , des composés oxygénés légers et des gaz via des réactions primaires. [44] Dans les échantillons de cellulose épaisse, les composés volatils tels que le lévoglucosan subissent des « réactions secondaires » avec des produits volatils, notamment des pyranes et des composés oxygénés légers tels que le glycolaldéhyde .

Les hémicelluloses sont des polysaccharides apparentés à la cellulose qui constituent environ 20 % de la biomasse des plantes terrestres . Contrairement à la cellulose, les hémicelluloses sont dérivées de plusieurs sucres en plus du glucose , en particulier du xylose , mais aussi du mannose , du galactose , du rhamnose et de l' arabinose . Les hémicelluloses sont constituées de chaînes plus courtes - entre 500 et 3000 unités de sucre. [46] De plus, les hémicelluloses sont ramifiées, alors que la cellulose n'est pas ramifiée.

La cellulose est soluble dans plusieurs types de milieux, dont plusieurs sont à la base de technologies commerciales. Ces processus de dissolution sont réversibles et sont utilisés dans la production de celluloses régénérées (telles que la viscose et la cellophane ) à partir de pâte à dissoudre .

L'agent solubilisant le plus important est le disulfure de carbone en présence d'alcali. D'autres agents comprennent le réactif de Schweizer , le N - méthylmorpholine N - oxyde et le chlorure de lithium dans le diméthylacétamide . En général, ces agents modifient la cellulose en la rendant soluble. Les agents sont ensuite éliminés en même temps que la formation de fibres. [47] La ​​cellulose est également soluble dans de nombreux types de liquides ioniques . [48]

L'histoire de la cellulose régénérée est souvent citée comme commençant par George Audemars, qui a fabriqué pour la première fois des fibres de nitrocellulose régénérée en 1855. [49] Bien que ces fibres soient douces et résistantes - ressemblant à de la soie - elles avaient l'inconvénient d'être hautement inflammables. Hilaire de Chardonnet a perfectionné la production de fibres de nitrocellulose, mais la fabrication de ces fibres par son procédé était relativement peu économique. [49] En 1890, LH Despeissis a inventé le procédé au cuprammonium - qui utilise une solution de cuprammonium pour solubiliser la cellulose - une méthode encore utilisée aujourd'hui pour la production de soie artificielle . [50]En 1891, on a découvert que le traitement de la cellulose avec de l'alcali et du disulfure de carbone générait un dérivé de cellulose soluble appelé viscose . [49] Ce procédé, breveté par les fondateurs de la Viscose Development Company, est la méthode la plus largement utilisée pour fabriquer des produits en cellulose régénérée. Courtaulds a acheté les brevets de ce procédé en 1904, entraînant une croissance significative de la production de fibres de viscose. [51] En 1931, l'expiration des brevets pour le procédé de viscose a conduit à son adoption dans le monde entier. La production mondiale de fibres de cellulose régénérée a culminé en 1973 à 3 856 000 tonnes. [49]

La cellulose régénérée peut être utilisée pour fabriquer une grande variété de produits. Alors que la première application de la cellulose régénérée était comme textile vestimentaire , cette classe de matériaux est également utilisée dans la production de dispositifs médicaux jetables ainsi que dans la fabrication de membranes artificielles . [51]

Les groupes hydroxyle (-OH) de la cellulose peuvent être partiellement ou totalement mis à réagir avec divers réactifs pour donner des dérivés aux propriétés utiles comme principalement les esters de cellulose et les éthers de cellulose (-OR). En principe, bien que pas toujours dans la pratique industrielle actuelle, les polymères cellulosiques sont des ressources renouvelables.

Les dérivés d'ester comprennent :

Ester cellulosique Réactif Exemple Réactif Groupe R
Esters organiques Acides organiques Acétate de cellulose Acide acétique et anhydride acétique H ou -(C=O)CH 3
Triacétate de cellulose Acide acétique et anhydride acétique -(C=O) CH3
Propionate de cellulose L'acide propionique H ou -(C=O)CH 2 CH 3
Acétate propionate de cellulose (CAP) Acide acétique et acide propanoïque H ou -(C=O)CH 3 ou -(C=O)CH 2 CH 3
Butyrate d'acétate de cellulose (CAB) Acide acétique et acide butyrique H ou -(C=O)CH 3 ou -(C=O)CH 2 CH 2 CH 3
Esters inorganiques Acides inorganiques Nitrocellulose (nitrate de cellulose) Acide nitrique ou autre agent nitrant puissant H ou -NO 2
Sulfate de cellulose Acide sulfurique ou autre agent soufrant puissant H ou -SO 3 H

L'acétate de cellulose et le triacétate de cellulose sont des matériaux filmogènes et fibrogènes qui trouvent une variété d'utilisations. La nitrocellulose a d'abord été utilisée comme explosif et a été l'un des premiers matériaux filmogènes. Avec le camphre , la nitrocellulose donne le celluloïd .