Écotoxicité des nanoplastiques sur le milieu aquatique : mythe ou réalité ?
Chaque année, 5 à 10 millions de tonnes de déchets plastiques sont déversées dans les océans. Ces chiffres impressionnants sont à l’image des immenses zones d’accumulation de plastique aujourd’hui largement médiatisées. Pourtant, les débris de plastique flottants ne sont que la partie émergée de l’iceberg. Au cours de leur vieillissement en mer, ils se fragmentent progressivement en particules de plus en plus petites. Les nanoplastiques sont désormais présents dans toutes les eaux de la planète. Pour autant, on ne sait que peu de chose sur l’impact environnemental qu’ils peuvent avoir. L’écotoxicité des nanoplastiques sur le milieu aquatique a-t-elle un sens si on considère la taille de ces particules ? Existe-t-il des preuves montrant un effet toxicologique sur les organismes aquatiques et leur écosystème ? Faisons le point sur le sujet.
Écotoxicité des nanoplastiques : de quoi parle-t-on ?
Des chiffres qui en disent long
En 2015, plus de 300 millions de tonnes de plastique ont été produites dans le monde. Or, les scientifiques estiment qu’environ 5 % de cette quantité finissent dans les océans. Ce sont ainsi 10 millions de tonnes de débris plastiques qui chaque année sont rejetées dans les eaux du monde, 18 tonnes par minute !
Une mauvaise nouvelle ne venant jamais seule, les plastiques peuvent perdurer dans l’environnement marin pendant des décennies, voire des siècles. Sous l’action combinée des rayons UV du soleil, de la force mécanique des vagues et de micro-organismes, ils se fragmentent pour donner naissance à des microplastiques puis à des nanoplastiques. Ces nanodébris s’accumulent alors dans d’immenses gyres océaniques où les particules sont constituées à 90 % de polyéthylène (PE).
La notion d’écotoxicité
Caractériser l’écotoxicité marine des nanoparticules de plastique, c’est évaluer les risques toxiques que ces dernières peuvent représenter sur l’environnement marin. Cela se fait en étudiant leur impact potentiel sur la survie, la croissance ou encore la reproduction d’espèces sélectionnées à différents niveaux de l’écosystème (algues, invertébrés, poissons…).
Évaluation de l’écotoxicité des nanoplastiques : les difficultés méthodologiques
Mesurer l’impact sur le monde marin de la pollution par le plastique n’est pas une mince affaire ! Ça l’est encore moins lorsqu’on s’intéresse aux nanoparticules, car il existe de nombreux défis technologiques à relever.
Si la recherche sur les nanoplastiques est difficile, c’est tout d’abord pour des raisons évidentes liées à leur très petite taille. Il s’agit de débris invisibles à l’œil nu et susceptibles de se répartir dans toute la colonne d’eau ! La première difficulté est donc de réussir à les retirer du milieu dans lequel ils se trouvent grâce à des techniques de prélèvement adaptées.
Les nanoplastiques ont également la fâcheuse tendance à adsorber de nombreuses molécules ou micro-organismes. Il est alors indispensable de les isoler pour pouvoir ensuite les quantifier et les caractériser.
Enfin, il est important de développer de nouveaux outils méthodologiques pour évaluer la toxicité des nanoplastiques sur l’environnement aquatique. Jusqu’à présent, les recherches ont été menées dans des conditions expérimentales non-représentatives de la réalité avec des nanosphères de polystyrène très différentes des nanoplastiques présents dans les océans.
L’étude : une collaboration réussie entre explorateurs des océans et scientifiques
L’écotoxicité de nanoplastiques fabriqués à partir de polyéthylène collecté en mer a été comparée à celle de nanoplastiques fabriqués avec du PE neuf (PE dit de référence). L’idée de départ ? Savoir si les changements dus à la dégradation en mer des PE rendent les nanoplastiques potentiellement plus dangereux, pour la faune et la flore, que les nanoplastiques de référence !
Échantillonnage de microplastiques en mer et formation de nanoplastiques en laboratoire
Grâce à des méthodes d’échantillonnage affinées, réalisées avec des filets à plancton (filets Manta), des microplastiques ont été collectés dans le gyre subtropical de l’Atlantique Nord, par les équipes d’Expédition 7e Continent. Après avoir été triés, les microplastiques de PE sont réduits en poudre.
Deux types de nanoparticules sont ensuite fabriqués en laboratoire :
- à partir de la poudre de PE collectés dans l’Atlantique Nord ;
- à partir d’une poudre de PE neufs, achetée dans le commerce.
Des microalgues et des mollusques bivalves pour jouer les cobayes
Les effets potentiellement toxiques des nanoplastiques ont été testés sur trois organismes aquatiques différents :
- Scenedemus subspicatus, une microalgue d’eau douce ;
- Thalassiosira weissiflogii, une microalgue marine ;
- Corbicula fluminea, un mollusque bivalve d’eau douce.
Ces organismes ont été choisis, soit parce qu’ils jouent un rôle majeur dans la chaîne alimentaire marine, comme les microalgues, soit parce qu’ils sont considérés comme des espèces sentinelles, comme les bivalves Corbicula fluminea.
Une espèce sentinelle est une espèce dont la sensibilité sert d’indicateur pour étudier les changements d’un écosystème donné. En tant qu’organisme filtreur, les bivalves sont capables d’absorber et d’accumuler les contaminants aquatiques (chimiques ou biologiques) et les particules présentes dans l’eau. L’analyse de leurs tissus permet ainsi de mesurer le taux de pollution du milieu dans lequel ils vivent.
Résultat : l’impact écotoxicologique des nanoplastiques est une réalité
Les résultats d’analyse des nanoplastiques et de leurs effets sur les organismes vivants après 48 heures d’exposition à des concentrations croissantes sont les suivants :
- La présence d’éléments traces métalliques (titane, zinc, aluminium, cuivre, chrome…) est mise en évidence sur les nanoparticules. Beaucoup plus sur les nanoparticules fabriquées à partir de PE collectés en mer que sur celles fabriquées avec du PE neuf. Cette différence est sans doute liée à l’adsorption de ces contaminants sur les débris de plastique lors de leur transit en mer.
- Des résidus de PE sont détectés pour la première fois dans les tissus de C. fluminae, suggérant que ces bivalves ont absorbé et accumulé des nanoplastiques.
- Lorsqu’elles sont exposées à des nanoparticules de PE, les quantités d’algues diminuent de façon significative. Cependant, au-delà d’un certain seuil de nanoplastiques, la croissance des algues est moins altérée. Ceci peut s’expliquer par le fait qu’à de fortes concentrations, les nanoplastiques ont tendance à s’agglomérer, ce qui les rend moins biodisponibles pour les algues.
- L’activité de filtration des bivalves n’est pas modifiée en présence de nanoplastiques, mais il existe une surproduction de fèces et de pseudo-fèces (rejets n’étant pas passés par le tube digestif). Ces résultats indiquent que les bivalves répondent à une contamination par les nanoplastiques en adoptant un mécanisme de nettoyage/défense : elles augmentent leurs pseudo-fèces pour se débarrasser des particules non comestibles.
Écotoxicité des nanoplastiques : une bombe à retardement ?
Présents dans tous les océans, les nanoplastiques constituent-ils un risque supérieur pour l’environnement marin ? La réponse est clairement oui.
Tout d’abord parce que les nanoplastiques proviennent surtout de la fragmentation de déchets plastiques plus gros et que donc leur nombre dans l’environnement aquatique est probablement considérable. Mais aussi parce qu’ils constituent une menace plus insidieuse, car invisible à l’œil nu.
Ensuite, parce que les nanoparticules de plastique ne restent pas indéfiniment dans les eaux de surface, mais peuvent se distribuer dans toute la colonne d’eau jusqu’aux plus grandes profondeurs. Dès lors, elles font partie intégrante de l’écosystème marin, au même titre que les microalgues ou le plancton. Elles peuvent ainsi être ingérées par une très grande variété d’organismes vivants et provoquer des effets néfastes sur toute la chaîne alimentaire. Des études moléculaires ont même montré que leur petite taille leur permettait de traverser les membranes cellulaires pour s’accumuler dans les tissus et les organes. Appelée translocation, cette forme de contamination a été mise en évidence chez les poissons et les mollusques.
Ensuite, parce qu’il a été montré que les propriétés physico-chimiques intrinsèques des nanoplastiques les rendent capables d’accumuler de nombreux polluants (métaux lourds, HAP, PCB…) mais aussi de transporter des micro-organismes potentiellement invasifs et pathogènes. Les nanoplastiques pourraient ainsi être à l’origine de la dispersion d’espèces microbiennes et de contaminants dans des eaux initialement vierges.
La pollution générée par les nanoplastiques est aujourd’hui mal connue. L’évaluation des risques écotoxicologiques qu’elle fait peser sur les écosystèmes aquatiques est nécessaire pour sa gestion : c’est devenu un enjeu environnemental de premier plan.
Article rédigé par Valérie Pruneta au cours de sa formation en rédaction web seo chez Formation Rédaction Web.