Les fibres textiles : Origine de la fibre, constitution et propriétés: propriétés caractéristiques des fibres textiles

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Origine de la fibre, constitution et propriétés

Les fibres de coton ont naturellement une couleur qui varie du blanc crème au brun foncé, en passant par les tons ocre, brun roux ou mauve. Leur longueur est de 15 à 45 mm selon les variétés, et leur diamètre de 20 à 30 um. Le duvet ou linter, formé de fibres courtes ne dépassant pas 0,5 à 2 mm, n’a pas de propriété textile. Le constituant majeur des fibres est la cellulose.
Une origine épidermique. Les poils du coton, unicellulaires, sont formés à partir de cellules épidermiques de l’ovule. Leur nombre est de 10 000 environ par graine. La croissance des poils débute dans la fleur peu avant l’an- thèse (ouverture des étamines), mais devient très intense après la pollinisation. On peut observer en microscopie électronique, qu’elle soit à transmission ou à balayage, un épiderme d’ovule fécondé, 4 jours après l’anthèse. Les cellules qui donnent naissance à des fibres sont déjà bien différenciées, elles sont nombreuses et leur croissance apparaît quasi synchrone. À ce stade, l’ovule est encore très petit et mesure environ 1 mm. D’autres cellules épidermiques (entre 5000 et 10000) se développent ultérieurement. Elles ont une croissance limitée et forment les linters.
Le développement du poil comporte deux phases essentielles : l’élongation, qui donne la longueur totale de la fibre et se caractérise par la mise en place d’une paroi primaire; l’épaississement ou remplissage, qui donne les propriétés textiles de la fibre et se caractérise par la mise en place d’une paroi secondaire épaisse.
La phase d’élongation et la paroi primaire. La phase de croissance s’étend sur 15 à 20 jours. Il s’agit d’une croissance apicale intense, puisque la longueur finale du poil épidermique est 1000 à 4000 fois la longueur initiale.
Le diamètre, très réduit, est acquis dès les premiers jours. Durant cette phase, l’activité cellulaire est très intense, en particulier dans la région apicale au niveau de la machinerie de synthèse des composés de surface : ribosomes, réticulum endoplasmique, dictyosomes et vésicules de sécrétion de l’appareil de Golgi. On observe en particulier de très nombreux dictyosomes (de 1000 à 50000 par cellule) qui contribuent à la mise en place des glycane synthases membranaires et des polymères de la paroi.
La paroi primaire est fine et extensible. Elle contient environ 30% de cellulose synthétisée au niveau de la membrane plasmique, des pectines et des hémicelluloses synthétisées et séquencées au niveau des dictyosomes et du réseau transgolgien. Les microfibrilles de cellulose, peu cristallines comme dans toute paroi primaire, constituent des hélices qui sont progressivement étirées et redressées au cours de l’élongation de la cellule. La partie externe de la paroi primaire est limitée par une cuticule contenant des composés hydrophobes, cutine et cires.
La croissance du poil est sous contrôle hormonal, notamment des auxines et gibbérellines dont létaux est augmenté après la fécondation. Les linters cessent leur croissance très tôt. Ils sont peu développés et constituent un fin duvet adhérant à la graine.
La phase de remplissage et la paroi secondaire Cette seconde phase débute vers le 20^e jour. La mise en place d’une paroi secondaire très épaisse (< 5 um) commence dès l’arrêt de la croissance et s’étend sur 25 à 35 jours. L’activité de synthèse de la cellule change brutalement : arrêt des synthèses et sécrétions des pectines et hémicelluloses, très forte activité de la cellulose synthases qui édifient de nombreuses microfibrilles de cellulose. Aussi la paroi secondaire est-elle constituée de cellulose presque pure (99 %).
Les microfibrilles ont une cristallinité de 40 à 60%. Elles sont disposées en strates successives très nombreuses. Le dépôt des strates obéit à
un rythme circadien et est sous contrôle de facteurs exogènes, en particulier de la lumière. À l’intérieur de chaque strate, les microfibrilles sont parallèles entre elles et constituent des hélices sinueuses. Leur orientation par rapport à l’axe de la fibre varie de 55⁰ pour les strates externes les plus anciennes à 15⁰ pour les strates internes les plus récentes. De plus, les microfibrilles présentent de fréquents changements d’orientation, ou points de réversion, caractéristiques des fibres de coton.
Lorsque le fruit arrive à maturité, la capsule s’ouvre, les fibres se déploient et sèchent. Elles s’aplatissent et présentent une torsion appelée vrillage et due à la résultante des forces opposées des hélices de cellulose au niveau des points de réversion. Le vrillage donne à la fibre une bonne élasticité et favorise ultérieurement les techniques de filature. Le contenu cytoplasmique du poil dégénère et seule la paroi subsiste.
L’épaisseur de la paroi secondaire, la cristallinité des microfibrilles de cellulose, leur orientation et la fréquence des points de réversion sont d’une grande importance puisqu’ils sont à l’origine des propriétés textiles de résistance et d’élasticité de la fibre. Comme on l’a vu précédemment, les conditions climatiques et de culture jouent un grand rôle dans la phase de maturation des fruits et des graines et par conséquent dans l’édification et la constitution de la paroi secondaire. Dans le cas de développement difficile, la paroi reste fine et la fibre obtenue est immature et dépourvue de propriétés textiles.

Les propriétés d’hydrophilie et de résistance de la fibre

À maturité, la fibre de coton est une cellule végétale morte, très allongée et constituée uniquement par la paroi cellulaire à prédominance cellulosique (90%). Il s’agit donc d’une fibre creuse, caractère qui lui confère une bonne légèreté. La nature cellulosique de sa paroi lui donne un caractère hydrophile et résistant. L’hydrophilie offre des propriétés de bonne absorption (confort, teinture facile car grande affinité pour les couleurs…).
La résistance de la cellulose aux agents chimiques permet à la fibre d’être entretenue facilement, mais aussi de supporter les traitements chlorés (blanchiment, eau de Javel) et les températures élevées. L’existence d’une paroi épaisse contenant de nombreuses microfibrilles de bonne cristallinité garantit la résistance nécessaire aux traitements de filature et de transformation du fil (tricotage, tissage) et à l’utilisation ultérieure des textiles ; mais la cristallinité est à l’origine de la froissabilité des tissus obtenus.
Enfin, l’orientation particulière des microfibrilles et l’existence des points de réversion ont pour conséquence le vrillage, lequel donne une bonne élasticité et permet la cohésion des fibres entre elles lors de la filature.

Les critères de qualité de la fibre

Le marché cotonnier est soumis à l’expertise des fibres qui déterminent des critères de qualité. Ceux-ci vont conditionner l’utilisation des fibres et régler les cours mondiaux d’achat et de vente. Il existe donc des standards de référence conduisant à une labellisation des produits. Les mesures sont effectuées à l’aide d’appareils ou manuellement.
Les principales caractéristiques prises en compte sont:
–     la longueur de la fibre ou « soie » des professionnels. C’est l’élément le plus recherché et le classement est différent selon l’espèce (28-30 mm pour G. hirsutum, 35-40 mm pour G. barbadense) ;
–    la maturité est représentée par l’épaisseur de la couche cellulosique ;
–     la finesse correspond au diamètre de la fibre et est calculée en millitex (le mtex est la masse en milligramme de 1 000 m de matière textile). La finesse moyenne est de l’ordre de 170 mtex;
–     la ténacité représente la résistance à la rupture. Elle s’exprime en centi- newton par tex (cN/tex). Associée à l’allongement, calculé en pourcentage, la ténacité permet d’apprécier l’élasticité de la fibre;
–     la couleur varie le plus souvent du blanc crème au gris, sauf pour les fibres naturellement colorées encore utilisées pour un usage limité;
–     l’éclat donne une fibre brillante ou terne qui reflète les conditions de croissance et la qualité de la fibre;
–    les taux d’humidité, de cires et de matières étrangères sont des critères également pris en compte, révélant les conditions de séchage et la propreté des fibres.