Une étude, dont les résultats intitulés «Role of hydrogen bonding in hysteresis observed in sorption-induced swelling of soft nanoporous polymers» ont été publiés dans la revue Nature Communications, a permis de montrer par simulation moléculaire que l’irréversibilité du gonflement de la cellulose lors de son hydratation est due à la forte stabilité des liaisons hydrogène entre les molécules d’eau et les chaînes de cellulose.

Rappelons tout d'abord que «de nombreuses expériences ont permis de caractériser le phénomène d’hystérésis observé lors de l’hydratation de la cellulose amorphe», qui correspond au fait que «la cellulose gonfle beaucoup lorsque l’humidité augmente mais dégonfle de manière retardée lors du séchage».

Pour sa part, l'étude ici présentée vient «d’expliquer ce phénomène en combinant des simulations numériques avec un modèle moléculaire de cellulose amorphe». Concrètement, elle a «montré que pour comprendre ce phénomène, il était essentiel de prendre en compte à la fois la déformation mécanique du matériau et la formation et la rupture des liaisons hydrogène».

Cette démonstration a été effectuée grâce à «des simulations numériques hybrides combinant dynamique moléculaire et méthode de type Monte-Carlo pour analyser l’adsorption de molécules d’eau au sein d’un modèle réaliste de cellulose amorphe composé de chaines de cellulose entrelacées».

Notamment, «la capacité des molécules d’eau à former des liaisons hydrogène avec la charpente de cellulose» a été analysée. Il est ainsi apparu «que la cellulose gonfle pour former plus de liaisons hydrogène entre l’eau et la cellulose lors de l’hydratation», tandis que «ces liaisons ne rompent pas à la même humidité relative lors de la déshydratation car elles sont plus stables que les liaisons formées entre molécules d’eau».