Par Kevin Beck Mis à jour le 24 mars 2022
Besiki Kavtaradze/iStock/GettyImages
L'acétate de cellulose est une substance qui, comme un certain nombre d'autres matériaux utilisés dans l'industrie humaine, doit son existence à la cellulose, un polysaccharide naturellement présent dans les plantes. (Un polysaccharide est une molécule glucidique composée d'un grand nombre d'unités de sucre répétitives ; le glycogène, une forme de stockage du glucose chez les humains et d'autres animaux, est un autre polysaccharide.) Développé pour la première fois dans les années 1860, l'acétate de cellulose a finalement changé l'industrie cinématographique en permettant de stocker des images sur une substance qui n'avait pas tendance à s'enflammer, comme l'ont fait les cousins à base de celluloïd du matériau qui a précédé l'acétate de cellulose dans le monde du cinéma.
Même si l’acétate de cellulose a finalement été remplacé par le polyester dans la fabrication des films, il s’est avéré être une substance extrêmement polyvalente. Il est fortement associé à la modification du coton et à juste titre, mais il a également trouvé sa place dans un certain nombre d'autres applications.
La cellulose est un polymère de molécules de glucose. À son tour, le glucose – qui est la principale source d’énergie des cellules vivantes, qu’il soit ingéré (comme chez les animaux) ou synthétisé (comme chez les plantes) – est une molécule à six carbones qui comprend un anneau hexagonal. L'un des six carbones se trouve au-dessus du cycle et est attaché à un groupe -OH, ou hydroxyle ; deux des carbones du cycle lui-même sont également liés à un groupe hydroxyle. Ces trois groupes -OH peuvent facilement réagir avec d'autres molécules pour former des liaisons hydrogène.
Il existe d'autres polymères de glucose, mais dans la cellulose, qui est fabriquée par diverses plantes, les monomères de glucose individuels sont les plus étendus. De plus, les chaînes de cellulose individuelles s'alignent les unes à côté des autres en parallèle, ce qui favorise les liaisons hydrogène entre les chaînes adjacentes et renforce l'ensemble de la structure de la cellulose. Dans la cellulose de type coton, les chaînes sont si étroitement liées et alignées qu'il est difficile de les dissoudre en utilisant des méthodes conventionnelles non agressives, comme simplement les mouiller.
Au début du cinéma, au début du 20e siècle, le film projeté dans les projecteurs était constitué de nitrocellulose, connue sous le nom commercial de Celluloïd. Comme beaucoup de composés riches en azote, la nitrocellulose est hautement combustible et peut en fait prendre feu spontanément dans de bonnes conditions. En raison de la chaleur générée par les projecteurs et de la nécessité évidente de garder le film sec, cela a ouvert la voie, pour ainsi dire, à des incidents enflammés précisément aux moments les moins opportuns.
En 1865, le chimiste français Paul Schützenberger a découvert que s'il mélangeait de la pâte de bois, riche en cellulose, avec un composé appelé anhydride acétique, cette dernière substance était capable de se frayer un chemin entre les chaînes de cellulose liées par des liaisons hydrogène et de s'attacher aux nombreux groupes hydroxyles qui y sont disponibles. Initialement, cette nouvelle substance, l’acétate de cellulose, n’était pas utilisée. Mais 15 ans plus tard, les frères suisses Camille et Henri Dreyfus ont découvert que l'acétate de cellulose pouvait être dissous dans l'acétone, un solvant puissant, puis reformé en une variété de composés différents. Par exemple, lorsqu'il est assemblé en fines feuilles solides, il peut être utilisé comme film.
Rappelons que les molécules de glucose comprennent trois groupes hydroxyle, l'un d'eux étant attaché au carbone extérieur aux anneaux hexagonaux et deux autres dépassant de l'anneau lui-même. L'atome d'hydrogène du groupe hydroxyle, qui est attaché à l'oxygène qui est également attaché au carbone de l'autre côté, peut être facilement déplacé par certaines molécules qui prennent alors la place de cet hydrogène dans la construction mère du glucose. L'une de ces molécules est l'acétate.
L'acétate, la forme d'acide acétique qui a perdu son hydrogène acide, est un composé à deux carbones souvent écrit CH3COO-. Cela implique que l'acétate possède un groupe méthyle (CH3-) à une extrémité et un groupe carboxyle à l'autre extrémité. Un groupe carboxyle a une double liaison avec un oxygène et une simple liaison avec l'autre. Puisque l'oxygène peut former deux liaisons et porte une charge négative lorsqu'il n'a qu'une seule liaison, c'est au niveau de cet oxygène que l'acétate se lie à la molécule de glucose où un groupe hydroxyle était auparavant intact.
L'acétate de cellulose, comme le terme est couramment utilisé, fait en fait référence au diacétate de cellulose, dans lequel deux des trois groupes hydroxyles disponibles dans chaque monomère de glucose ont été remplacés par de l'acétate. Si suffisamment d'acétate est disponible, les groupes hydroxyle restants commencent également à être remplacés par des groupes acétate, formant du triacétate de cellulose.
À propos, l’acide acétique est l’ingrédient actif du vinaigre. De plus, un dérivé de l'acide acétique appelé acétylcoenzyme A, ou acétyl CoA, est une molécule clé dans le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) dans la respiration cellulaire aérobie.
Comme indiqué, l'acétate de cellulose a été largement remplacé par une forme de polyester dans la fabrication des films, mais les deux sont largement dépassés maintenant que la photographie et la filmographie numériques sont rapidement devenues la norme de l'époque. L'acétate de cellulose est également un composant majeur des filtres de cigarettes.
Lorsque les avions sont apparus au début des années 1900, les chimistes ont rapidement découvert que l'acétate de cellulose pouvait être incorporé au matériau utilisé pour former le corps et les ailes des avions et ainsi les rendre plus robustes sans ajouter beaucoup de poids supplémentaire.
Les tissus en acétate, comme on les appelle, sont omniprésents dans le monde de l'habillement. Les chemises en coton sont un produit populaire qui contient de l'acétate. (Lorsque vous voyez « acétate » sur une étiquette de vêtement, ce qui est en fait répertorié est de l'acétate de cellulose.) Mais dans les premières utilisations de l'acétate de cellulose dans l'industrie du vêtement, il était en fait utilisé en conjonction avec la soie, un traitement plus coûteux, que comme base pour des vêtements peu coûteux et produits en série. Ici, il était utilisé pour aider à conserver les motifs complexes souvent observés dans les tissus en soie.
Dans les années 1940, lorsqu'il était possible de fabriquer des formes transparentes à partir de ce matériau, l'acétate de cellulose a trouvé sa place au sein du ministère américain de la Défense, qui l'a utilisé pour fabriquer des fenêtres d'avion et des parties couvrant les yeux des masques à gaz. Aujourd'hui, il est utilisé dans divers plastiques et reste une alternative courante aux fenêtres en verre, bien qu'il ait été largement supplanté par l'acrylique à cet égard.
Les produits en acétate de cellulose sont par définition conçus pour résister à la dégradation de tous types, et en particulier à la dégradation chimique. Cela signifie que lorsque vous pensez à une liste de produits « biodégradables », tout ce qui est fabriqué avec de l'acétate de cellulose devrait figurer au bas de votre liste mentale, car ces produits persistent dans l'environnement pendant de longues périodes au cours desquelles ils deviennent des détritus. (Considérez le nombre de mégots de cigarettes que vous avez probablement vu la dernière fois que vous vous êtes promené le long d'une route typique. Malheureusement, ils ne sont pas assez grands, à la manière des bouteilles et des canettes, pour être repérés et ramassés par les équipes de détritus, mais ils sont suffisamment omniprésents pour être présentés comme une horreur collective.)
Lorsque les produits en acétate de cellulose restent suffisamment longtemps au soleil, l’énergie lumineuse qui les frappe peut commencer à dissoudre l’acétate de cellulose. Cela permet aux molécules de l’environnement, principalement les estérases, d’attaquer sérieusement les liaisons de l’acétate de cellulose. Cette "attaque" combinée est connue sous le nom de photochimiodégradation.