L'indigo, ce pigment bleu emblématique, a traversé les âges, teignant nos textiles depuis la préhistoire. L'une des méthodes les plus anciennes et écologiques pour obtenir cette couleur précieuse repose sur un processus fascinant et complexe : la fermentation de cuve d'indigo. Cette technique ancestrale, pratiquée en Asie comme en Europe, est le fruit d'une action microbienne complexe, dont les subtilités continuent de fasciner et de susciter la recherche.
Des Origines Millénaires et des Pratiques Diversifiées
Depuis l'Antiquité, l'humanité a développé un éventail de procédés biotechnologiques respectueux de l'environnement pour le bénéfice de ses communautés. La réexamination de ces procédures et la compréhension de leurs bases scientifiques sont essentielles pour le développement de nouvelles méthodes écologiques et peuvent même inspirer des techniques hautement sophistiquées. L'indigo est l'un des colorants les plus anciens, utilisé dès le Néolithique. Des textiles teints à l'indigo ont été découverts sur une momie égyptienne datant de 2500 av. J.-C., et des preuves de son utilisation remontent à environ 4000 av. J.-C. au Pérou.
Différentes plantes ont été utilisées pour extraire l'indigo : le polygonum tinctorium au Japon, en Chine et en Corée ; le Ryukyu-Ai dans les îles Ryukyu ; l'Indigofera (Indigofera tinctoria L. et Indigofera suffruticosa Mill.) en Inde ; et le pastel (Isatis tinctoria L.) en Europe.
L'extraction de l'indigo à partir des feuilles implique des réactions enzymatiques intrinsèques catalysées par la β-glucosidase dans les chloroplastes. Ce processus transforme l'indican (incolore) en indoxyl (incolore), qui produit ensuite le colorant indigo par oxydation au contact de l'air. L'état initial de l'indigo est toujours l'indican ; la transformation en indoxyl est donc une étape cruciale pour l'obtention du colorant destiné à la teinture. L'indigo extrait peut ensuite être oxydé par aération, chauffé et séché à l'air, ou transformé en une pâte avec de l'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2). Une autre approche consiste à composter les plantes riches en indigo, où les microorganismes transforment l'indican en indigo via la formation d'indoxyl. Cette méthode est particulièrement répandue au Japon, en Europe, dans le nord-est de l'Inde et en Afrique de l'Ouest, bien que les procédures de compostage et les matériaux végétaux varient selon les régions.
Le Compostage : Une Préparation Essentielle
L'extraction des feuilles d'indigo est une méthode efficace pour concentrer le colorant. Cependant, si le colorant indigo collecté est chauffé pour détruire les microorganismes et assurer sa conservation, la fermentation ultérieure par les microorganismes peut être compromise. Dans de tels cas, le pouvoir réducteur de plantes comme le Cassia tora a été utilisé. À l'inverse, le compostage maintient les microorganismes nécessaires à la réduction ultérieure de l'indigo (indigo → leucoindigo).
En Europe, une méthode de compostage utilisant le pastel a été développée au Moyen Âge. Les feuilles de pastel récoltées sont coupées en petits morceaux et rassemblées en boules. Ces boules sont ensuite fermentées pendant une courte période dans des conditions d'humidité appropriées, puis entièrement séchées pour obtenir des boules de pastel sèches. Celles-ci sont ensuite broyées, et le produit obtenu est fermenté sur une longue période par addition d'eau, créant ainsi des conditions favorables à l'activation microbienne, avec une augmentation de la température pouvant atteindre 55°C. Après environ deux semaines de dégradation microbienne, le "pastel couché" est laissé sécher. Le produit obtenu est ensuite transféré dans la cuve de pastel, maintenue à 50°C, pour une seconde fermentation afin d'induire la réduction de l'indigo.
Au Japon, une méthode de compostage des plantes à indigo a été mise au point dans la préfecture de Tokushima. La production du sukumo, le compost de plantes à indigo japonaises, vise non seulement à conserver et transporter le colorant, mais aussi à l'enrichir. De plus, les microorganismes résiduels servent d'inoculum pour la fermentation suivante, et ces microorganismes peuvent survivre pendant au moins cinq ans. Les matières végétales restantes fournissent également des nutriments pour la croissance microbienne et facilitent l'attachement des microorganismes essentiels aux débris.
La Fermentation de Cuve : Un Processus Microbien Complexe
L'indigo est transformé en leucoindigo par l'action de bactéries réductrices d'indigo. L'indigo, insoluble dans l'eau, devient soluble sous sa forme leucoindigo. Cette solubilité permet au leucoindigo de pénétrer les fibres textiles lors du trempage dans le bain de fermentation. Par la suite, une brève exposition à l'air ré-oxyde le leucoindigo en indigo, fixant ainsi le colorant sur le textile.
La fermentation traditionnelle de l'indigo est difficile à initier, et le maintien prolongé du bain de fermentation dans un état réducteur (leucoindigo) est un défi. La présence des microorganismes dépend de leur occurrence naturelle et de procédures de maintenance appropriées, telles que l'agitation quotidienne, le maintien du pH et un apport judicieux de nutriments, nécessitant une grande expérience. Par conséquent, ce procédé a souvent été remplacé par la réduction chimique à l'aide de dithionite de sodium (Na2S2O2). Cependant, l'utilisation de ce composé chimique génère des sous-produits peu respectueux de l'environnement, tels que le sulfate de sodium (Na2SO4), les ions sulfite (SO3^2-) et thiosulfate (S2O3^2-), qui peuvent endommager les boues activées dans les stations d'épuration en raison de leur fort pouvoir réducteur.
Le développement de procédures conventionnelles, y compris des systèmes de gestion qui évitent l'utilisation de réactifs chimiques, est donc indispensable pour le renouveau de la technique de réduction de l'indigo par les microorganismes. Pour y parvenir, il est crucial d'identifier les microorganismes responsables de la réduction de l'indigo et de comprendre les mécanismes de cette réduction, tant lors des changements transitionnels initiaux que dans l'état stable de la fermentation. Il est également important de comprendre les mécanismes de maintien du microbiote en conditions de plein air et les causes de sa détérioration en fin de fermentation. Actuellement, les artisans utilisent des procédures spécifiques qu'ils ont développées eux-mêmes, suggérant l'existence de nombreuses voies possibles. L'analyse de divers bains de fermentation à différentes étapes est nécessaire pour élucider les mécanismes centraux liés aux changements transitionnels du microbiote durant la fermentation de l'indigo.
La Procédure Traditionnelle Japonaise : Un Savoir-Faire Affiné
Au Japon, la récolte des plantes à indigo durant l'été est suivie d'une coupe à 1,5 cm de longueur. Le lendemain, le produit obtenu est séché à l'air, séparé en feuilles et tiges, et les feuilles sont placées dans un sac de paille. Début septembre, ces feuilles sont empilées sur un sol en terre battue, formant une épaisseur d'environ 1 mètre. Un mouillage approprié est appliqué pour induire la décomposition par les microorganismes. La fermentation commence environ 4 à 5 jours plus tard, produisant de l'ammoniac, identifiable par son odeur, et atteignant une température de 70°C. La fermentation des feuilles d'indigo est favorisée par une régulation précise de la teneur en humidité pour maintenir des conditions aérobies et des températures élevées, ajustées par la fréquence des retournements et l'ajout d'eau. Ce processus exige les compétences techniques d'un artisan expérimenté et formé. Cette étape de fermentation se déroule en continu jusqu'à fin décembre, produisant le sukumo, qui est ensuite recouvert d'un tapis de paille. La production de sukumo est complexe à gérer, et peu d'artisans maîtrisent cette technique. Par conséquent, pour maintenir une procédure écologique de réduction de l'indigo, des alternatives à la production traditionnelle de sukumo devront être développées.
Dans l'étape de fermentation liquide pour la réduction de l'indigo contenu dans le sukumo, la forme oxydée insoluble de l'indigo est solubilisée par les microorganismes réducteurs d'indigo. Premièrement, le sukumo est humidifié avec un extrait de cendre de bois chaude (80°C) et bien mélangé dans un récipient. Le produit obtenu, de consistance argileuse, est ensuite bien malaxé, additionné d'une petite quantité de saké (vin de riz japonais) et laissé reposer une nuit à température ambiante. Ensuite, de l'extrait de cendre de bois chaude est ajouté jusqu'à un tiers du volume final. Après la réduction de l'indigo, du liquide de fermentation est ajouté jusqu'à deux tiers du volume final. La réduction effective de l'indigo est alors vérifiée, et du liquide de fermentation est ajouté pour atteindre le volume final. Le mélange de fermentation réduit d'indigo résultant est maintenu à un pH supérieur à 10,3-10,5 par addition d'hydroxyde de calcium (Ca(OH)2) et agité une fois par jour. En fonction de l'intensité de la couleur obtenue (évaluée par la coloration d'un échantillon de coton), du son de blé est ajouté comme substrat pour les microorganismes réducteurs d'indigo.
La réduction de l'indigo est initiée par des microbes qui apparaissent spontanément, probablement originaires du sukumo. Par conséquent, la période entre le début de la fermentation et l'apparition de l'indigo (de 3 à 4 jours à plus de 2-3 semaines) varie en fonction de la qualité du sukumo et de la procédure de préparation. Cette incertitude dans la réduction conduit de nombreuses personnes à ajouter des agents réducteurs chimiques. L'état de réduction de l'indigo pendant la fermentation liquide est maintenu par le microbiote. Par conséquent, si le microbiote dans le mélange de fermentation devient déséquilibré, l'état réducteur du mélange n'est pas maintenu, ce qui explique la difficulté à maintenir une fermentation de longue durée pour la teinture à l'indigo. La période de fermentation liquide varie en fonction de la capacité de la cuve, du microbiote initial, de la forme du récipient, de la procédure de maintenance et de la fréquence de teinture. L'état réducteur de l'indigo est maintenu pendant une moyenne d'environ 6 mois, même dans des conditions présentant un risque de contamination par des microorganismes indésirables, notamment lors des opérations de teinture (contaminants introduits par le trempage des textiles et les mains). Bien que le mélange de fermentation présente un pH élevé et des conditions défavorables à la prolifération de microorganismes ordinaires, des microorganismes neutralophiles peuvent survivre grâce à l'existence de niches localisées présentant des valeurs de pH plus basses que l'environnement général. Ces niches localisées pourraient être générées par des bactéries productrices d'acide. En fait, certaines bactéries réductrices d'indigo, comme les espèces d'Alkalibacterium, produisent de l'acide lactique. Par conséquent, on considère que l'agitation quotidienne est importante pour prévenir la propagation de petites niches neutres localisées dans le liquide de fermentation.
Teinture à la cuve du coton par l'indigo
Les Mystères du Microbiote et de la Réduction de l'Indigo
La réduction de l'indigo dépend de l'action réductrice des microorganismes. Cette fermentation se déroule dans des conditions alcalines et anaérobies, un environnement unique où prospèrent des communautés microbiennes naturelles dont beaucoup restent inconnues. Jusqu'à récemment, les informations sur les bactéries associées à ce processus étaient limitées. La réduction de l'indigo survient normalement entre 4 jours et 2 semaines après le début de la fermentation. Cependant, les changements dans le microbiote lors de la transition vers un état réducteur d'indigo n'avaient pas été élucidés. Des études ont révélé que dès le deuxième jour de fermentation, un changement significatif du potentiel redox se produit. Au quatrième jour, une substitution distincte du genre Halomonas par le genre aérotolérant Amphibacillus a été observée, correspondant à des changements marqués dans la réduction de l'indigo.
En conditions de plein air, la réduction de l'indigo pendant le processus de fermentation peut se poursuivre pendant une moyenne de 6 mois. Le microbiote, y compris les bactéries réductrices d'indigo, est continuellement remplacé par d'autres communautés microbiennes composées de différents types de bactéries réductrices d'indigo. Un état stable, principalement constitué du genre Anaerobacillus, a également été observé dans des échantillons de fermentation à long terme. La stabilité du microbiote, la proportion de microorganismes réducteurs d'indigo, ainsi qu'une diversité et un équilibre appropriés au sein du liquide, semblent être des facteurs clés dans le maintien d'un état réducteur lors de la fermentation d'indigo à long terme.
Bien que plus de 10 espèces de bactéries réductrices d'indigo aient été identifiées, le mécanisme précis de réduction des particules d'indigo reste une énigme. On peut prédire que le mécanisme implique les électrons, sous-produits du métabolisme, qui sont rejetés par des mécanismes analogues à ceux rapportés dans la réduction extracellulaire de Fe3+ par les bactéries dans des conditions alcalines et anaérobies.
Premières Investigations sur les Bactéries Réductrices d'Indigo
L'identification et l'application des bactéries réductrices d'indigo sont essentielles à l'amélioration de la fermentation de l'indigo. La première bactérie réductrice d'indigo a été découverte par Takahara et Tanabe en 1960. Sur la base de caractéristiques phénotypiques, ils ont identifié l'isolat comme appartenant au genre Bacillus. Compte tenu de ses caractéristiques nouvelles, l'isolat a été considéré comme une nouvelle espèce, nommée 'Bacillus alkaliphiles'. Cette bactérie, de taille 0,9-1,0 × 2,5-3,5 μm, se présente seule ou par paires. Bactérie mobile et Gram-négative, elle se développe à pH élevé (par exemple, pH 10) et présente une forte capacité à réduire le potentiel redox du liquide de fermentation d'indigo. Le pH optimal pour la croissance de cette bactérie est de 10-11,5. Elle se développe à des températures comprises entre 10 et 50°C, avec une température optimale de 30°C, bien que son taux de croissance diminue au-delà de 36°C. C'est un anaérobie facultatif qui nécessite un facteur de croissance composé de sept acides aminés. Cette espèce produit des spores, est catalase positive et hydrolyse la gélatine et l'amidon. Étant donné que Takahara et Tanabe n'ont pas déposé la souche de 'B. alkaliphiles' dans une collection de cultures, il est impossible de comparer directement 'B. alkaliphiles' avec des bactéries réductrices d'indigo récemment isolées.
L'exploration continue de ces microorganismes et de leurs mécanismes est la clé pour revitaliser ce procédé ancestral, le rendant plus accessible et plus fiable, tout en préservant son caractère écologique fondamental.
