Alexandra Ter-Halle
Responsable du volet scientifique
Comprendre les effets de la pollution de plastique sur l’équilibre des écosystèmes marins, c’est l’objectif du volet scientifique des Expéditions 7e Continent. Des effets, un impact ; c’est certain il y en a. Mais dans quelle mesure ? Ces débris de plastique affectent la vie dans les océans ? Quel impact sur notre société, notre santé ? Certainement au-delà de ce que l’on imagine ou que l’on commence à concevoir. Dans le paysage français, ces expéditions dans les gyres sont des opportunités uniques pour les chercheurs de collecter des observations et de ramener des échantillons. Ce projet est le fruit d’une collaboration entre plus d’une dizaine de laboratoires dans des domaines d’expertises complémentaires tels que l’océanographie, la biologie, la chimie, l’écologie, la physique, les mathématiques … Les Expéditions 7e Continent offrent un relais d’une rare efficacité aux scientifiques pour expliquer aux citoyens les enjeux de ce problème environnemental. Car la solution viendra de nous, de vous, de notre société.
Qu’est-ce que le 7è Continent?
On appelle les zones d’accumulation de plastique le septième continent. Cette appellation vient de l’étendue de ces zones, de la taille d’un continent, et non du fait que l’on peut marcher dessus. En fait, le 7ème continent ressemblerait plutôt à une soupe de plastique. Les déchets plastiques déversés dans la mer entament une longue dérive. Sous l’effet de la rotation de la Terre, les courants marins créent ce que l’on appelle des gyres océaniques. Ces énormes tourbillons tournent dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère Nord, et en sens inverse dans l’hémisphère Sud. Tôt ou tard, les déchets plastiques se retrouvent piégés dans ces gyres. Les 5 principaux gyres se trouvent dans l’Atlantique Nord et Sud, le Pacifique Nord et Sud et dans l’océan indien. On y retrouve surtout des morceaux de plastique de 1 à 2 mm (nommés micr oplastiques). Le plastique que l’on retrouve à la surface des océans est surtout du polyéthylène (de 80 à 90%) et aussi un peu de polypropylène. Le polyéthylène (PE) est beaucoup utilisé dans le secteur de l’emballage. Lorsqu’il est rigide (HDPE) il sert à fabriquer des flacons (détergents, cosmétiques, etc.), des boîtes type Tupperware®, des jerricans, des réservoirs de carburant d’automobiles mais aussi lorsqu’il est plus souple (LDPE) le polyéthylène sert à faire des sacs, des films, des sachets, des sacs poubelles et des récipients souples (ketchup, crèmes hydratantes). Par action du rayonnement solaire et abrasion par les vagues tous ces objets de taille diverses se fragmentent pour finir dans les gyres sous forme de paillettes de quelques millimètres, les microplastiques. Malgré un intérêt croissant de la communauté scientifique sur cette problématique, l’impact de cette pollution sur l’équilibre des écosystèmes marins n’est pas encore pleinement évalué. Pour amener des éléments de compréhension nous menons une approche pluridisciplinaire. Chimistes, biologistes, physiciens, mathématiciens collaborent dans le cadre de ce projet.
Cartographier la pollution plastique dans les océans
Les plastiques s’accumulent dans des zones que l’on appelle des gyres océaniques. La façon dont les particules de plastique se concentrent dans ces gyres n’est pas encore bien décrite dans la littérature scientifique. Il y a des zones où ils sont plus concentrer que d’autre et nous essayons, en partenariat avec le CNES et Mercator Océan, de comprendre ces phénomènes. Pour cela nous comparons nos relevés sur le terrain avec les observation par satellite ou des modèle informatique de dérive des particules que produit Mercator Océan.
Lors de l’expédition 2014 dans l’Atlantique Nord, nous avons pu élaborer le routage de notre navire en nous appuyant sur une modélisation réalisée par Mercator Océan. Cette animation nous montre comment des objets flottants dérivent à la surface de l’océan sur une période de 10 ans.
On s’intéresse à des tailles très diverses de débris de plastique : du macrodéchet (quelques dizaines de centimètres) jusqu’aux particules micrométriques. Il y a un facteur de près d’un milliard entre les plus gros et les plus petits objets. Pour caractériser des objets aussi disparates en taille il faut adapter les méthodologies.
Nous appliquons un protocole propre à chaque catégorie de taille des débris de plastique. Dans la littérature scientifique on commence à bien décrire la concentration de ces microsplastiques alors qu’il y a toujours peu d’information sur les macrodéchets. Quant aux particules plus petites (micrométriques) on ne sait que peu de choses.
Patenaires scientifique: CNES / MERCATOR OCEAN
La Caractérisation du milieu marin
Ces milieux pélagiques sont encore peu connus et assez mal décrits par les biologistes. Nous manquons de référentiel pour mesurer l’impact de la pollution plastique. Pour cette raison des spécialistes s’attèlent à caractériser le milieu marin. Nous utilisons des sondes pour mesurer la température, la salinité, le pH ou la quantité de lumière transmise. Nous prélevons de l’eau de mer grâce à des bouteilles que nous plongeons à 150 m de profondeur avec la rosette (bouteilles Niskin). Plusieurs niveaux de la chaine trophique sont observés (zooplancton, bactérioplancton et le nanophytoplancton).
Laboratoires associés:
- La société OSL (Guyane Française) est impliquée pour évaluer l’impact de la pollution par les plastiques sur la mégafaune et la microfaune.
- Le laboratoire Marine Biodiversity, Exploitation and Conservation (MARBEC) et le centre d’Ecologie Marine Expérimentale (MEDIMEER) participent pour la mesure de la biomasse, la quantification des micro-organismes libres dans l’eau et la mesure de pigments phytoplanctoniques.
La caractérisation Physico-chimique de ces plastiques
Pour comprendre comment les débris de plastique interagissent avec les organismes du milieu naturel, nous devons nous intéresser à leur composition. S’ils se fragmentent en plus petits morceaux, combien de temps vont-ils encore rester à la surface de la mer ou finiront-ils par couler. La composition et la morphologie des débris de plastique régissent aussi les mécanismes d’interaction avec le vivant (la formation et le développement du biofilm, les composés chimiques qu’ils transportent et comment pourront-ils éventuellement être transférés dans le milieu ou vers les organismes marins).
Tout est question de méthodologie. Nous avons des objets qui vont de l’échelle du mètre jusqu’aux particules de 10-9m avec un facteur d’un milliard entre les plus gros et les plus petits objets.
Nous appliquons une méthodologie propre à chaque niveau de taille des débris de plastique. Nous nous nous intéressons aux macrodéchets, ces objets fabriqués par l’homme et visibles à l’œil nu ainsi qu’aux microplastiques qui sont plus nombreux et font moins de 5 mm. Depuis l’expédition 2015, nous nous intéressons aussi aux particules micrométriques et nanométriques. Dans la littérature on commence à bien décrire la concentration de ces microsplastiques alors qu’il y a toujours peu d’information sur les macrodéchets. Sur les particules micrométriques et nanométriques ; il n’y a pas de données.
Laboratoires associés:
- Le laboratoire des Interactions Moléculaires et Réactivité Chimique et Photochimique (IMRCP, Toulouse).
- La plateforme Technopolym.
Les Macrodéchets
Ils sont repérés à l’œil ou aux jumelles puis parfois ramassés avec de grandes épuisettes. Un biologiste spécialiste des mammifères marins effectue 6 heures d’observation quotidiennes avec une visibilité de 150 m de part et d’autre du bateau. Lors de l’expédition dans l’Atlantique Nord en mai 2015 nous avons observé 59 groupes d’oiseaux, 4 groupes de cétacés. C’est assez étonnant car les gyres sont communément considérés comme désertiques. En tout nous avons compté 90 macrodéchets. Par exemple, le 4 juin 2015, sur une distance de 50 km nous avons observé 14 macrodéchets (3 pièces par km²). Cela peut sembler peu mais n’oublions pas que nous sommes en plein milieu d’un océan, loin de tout dans des zones non fréquentées par la marine marchandes ou les navires de pêche…
Les Microdéchets
On passe du macrodéchet à des paillettes de plastiques de quelques millimètres par fragmentation. Les outils utilisés pour récolter les microplastiques sont des filets à plancton (communément appelés « Filet Manta »). Trois types de filets peuvent être utilisés de caractéristiques spécifiques (taille de l’ouverture du filet et taille de la maille du filet variables). Les traits de filet manta sont réalisés sur une distance de 1,5 à 2,5 km, ils filtrent environ 175 000 litres d’eau de mer à chaque fois.
Nous récupérons ainsi beaucoup de plancton, de vie, et des déchets plastiques de quelques millimètres. Il y a une première étape de tri. Séparer le plastique du vivant.
Nous utilisons 3 filets: Un filet « Manta » 300microns, un filet 300 microns Avany et un filet de 25 microns pour filtrer des particules encore plus petites invisibles à l’oeil nu.
La plastisphère
Cette terminologie fut proposée par Erik Zettler (US) en 2013 dans un article scientifique. Avec son équipe, ils furent les premiers à faire une analyse génomique du biofilm bactérien qui se développe sur les plastiques. Ils ont constaté que les bactéries qui se développent sur le plastique ne sont pas naturelles au milieu marin. Elles sont en effet différentes de celles qui vivent libre dans l’eau de mer. Nous approfondissons ces travaux, nous cherchons à comprendre comment la plastisphère se développe en fonction de la nature et la composition du plastique. Nous nous intéressons aussi au transport d’espèces invasives par le plastique. Par exemple nous étudions le transport de micro-algues potentiellement toxiques. Nous nous penchons également sur la présence éventuelle de polypes de méduse qui pourraient se servir du plastique comme support pour se développer. Nous regardons également la présence éventuelle d’œufs d’insectes marins. Les halobates (insectes marins) pourraient-ils aussi se servir des plastiques comme support de vie ?
Laboratoires associés
- Le Laboratoire de Microbiologie Génomique et Environnement (LMGE) est impliqué pour étudier la caractérisation génomique de la population microbienne de la plastisphère. Les voies métaboliques seront étudiées sans amplification (méta génomiques/métatranscriptomes).
- Le Laboratoire écologie fonctionnelle et environnement (ECOLAB) s’intéresse également à la plastisphère et en particulier au transport éventuel par les plastiques de micro-algues toxiques (les dinoflagellés).
- Muséum national d’histoire naturelle (MNHN, Paris) est impliqué pour étudier un insecte marin, l’halobate marin, et son interaction possible avec les débris de plastique flottants.
- Laboratoire d’Océanographie Microbienne (LOMIC) UMR7621
Le transport de polluants
Le plastique est composé d’une macromolécule, le polymère et des agents de formulation et d’additifs – métaux lourds (de plus en plus interdits), stabilisants divers, destinés à lui donner les caractéristiques techniques (solidité, plasticité, couleurs,…). C’est la macromolécule qui se dégrade lentement et les agents de formulation peuvent être libérés par le plastique au cours du temps. Ces additifs sont la première catégorie de composés chimiques que transportent les plastiques dans le milieu marin.
Les plastiques peuvent aussi se charger de composés chimiques au cours de leur utilisation (par contact avec le contenant). Mais ils peuvent aussi accumuler des composés chimiques (polluants) lors de leurs parcours dans l’environnement, lorsqu’ils sont charriés par les fleuves et les rivières. Lorsque les plastiques sont ingérés par des espèces marines, sous l’effet des conditions particulières des sucs gastriques, ils peuvent libérer les composés chimiques qu’ils transportent. Il y a transfert dans la chaine alimentaire. Certains composés chimiques transportés par les plastiques sont bioaccumulés : ils vont se concentrer en remontant la chaine alimentaire. Nous étudions dans quelle mesure les plastiques ils peuvent transporter et libérer ces composés chimiques lorsqu’ils sont dans les gyres. Pour cela nous utilisons des capteurs uniques à base d’oraganogel qui ont comme propriété de concentrer les poluants organiques. Pas plus large qu’une piece de monaie, ils ont une surface de captation équivalente à la taille d’un court de Tennis.
Laboratoires :
- Le laboratoire des Interactions Moléculaires et Réactivité Chimique et Photochimique (IMRCP, Toulouse)
- Le Laboratoire des Géosciences Environnement de Toulouse de l’Observatoire Midi-Pyrénées (GET-OMP) qui est impliqué dans le projet pour les analyses des traces de métaux.
- Les analyses de PCB seront entreprises au Laboratoire de Chimie de l’Environnement (LCE) à l’Université de Aix-Marseille.
- La présence de composés perfluorés est analysé par le laboratoire Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (EPOC, Bordeaux).
