Débris de polyéthylène dans l’océan : quelles sont leurs caractéristiques ?

Le plastique est un fléau mondial des temps modernes. Près de 8 millions de tonnes contaminent les écosystèmes marins chaque année. Depuis les années 1950, la pollution due à l’utilisation massive de ce produit et à la mauvaise gestion des déchets dégrade notre environnement. Nous pouvons constater à l’œil nu les impacts des décharges à ciel ouvert. Cependant, il faut connaître tous les attributs de l’infiniment petit de ces détritus pour en découvrir ses effets sur les écosystèmes et la biosphère. Quelles sont les propriétés des nanoplastiques ? Plus spécifiquement, quelles sont celles des débris de polyéthylène dans l’océan ? Pour décrypter leurs compositions, des chercheurs du CNRS et l’association Expédition 7e Continent ont menée la première étude scientifique du genre.

Le cadre et les définitions inhérents à l’étude

La présente analyse a été menée par des scientifiques du CNRS. Certains ont participé à l’Expédition 7e Continent afin de collecter les échantillons. D’autres ont collaboré à ce projet en travaillant sur les éléments recueillis. Ils ont ainsi publié, en décembre 2020, la première étude sur la caractérisation de la microstructure des débris de polyéthylène océaniques. Leur objectif : connaître la structure des nanodébris de plastique pour comprendre leur impact sur l’environnement. Par conséquent, ils souhaitent fournir de nouvelles informations liées à la détérioration de leur composition et élucider la structure moléculaire des plastiques altérés.

Afin de mieux appréhender ce sujet, il apparaît important dans un premier temps de préciser certains termes utilisés :

  • Microplastique : fragment de plastique inférieur à cinq millimètres. Ce résidu peut se retrouver dans les océans et sur les littoraux. De facto, il peut être ingéré par des poissons, des mammifères marins, mais également des oiseaux.
  • Nanoplastique : particules « 1 000 fois plus petites qu’un cheveu, et […] issues de la dégradation d’un plus gros morceau de plastique. Celles-ci interagissent fortement avec des polluants ou des métaux lourds. », Alexandra Ter Halle, chimiste au CNRS, ayant participé à l’Expédition 7e Continent.
  • Polyéthylène : désignation du polymère d’éthylène. C’est le plastique le plus couramment utilisé comme matière première dans plusieurs secteurs industriels (exemples : bouteilles, boîtes, sacs, vêtements…). Son abréviation scientifique est PE.
  • Photo dégradation : détérioration moléculaire due à l’exposition à des rayonnements du soleil, surtout des ultraviolets.
  • Hydrolyse : décomposition chimique d’un corps par l’eau.

L’étude menée sur les débris de polyéthylène dans l’océan

La décomposition des plastiques en fragments infimes aboutit à la formation de microplastiques ou nanoplastiques en fonction de l’échelle considérée. Ces derniers présentent des propriétés physico-chimiques et des réactivités très spécifiques. L’évaluation de leur impact toxicologique potentiel nécessite donc des investigations particulières.

Ainsi, en juin 2015, lors d’une campagne dans le gyre subtropical de l’Atlantique Nord, l’Expédition 7e Continent a prélevé huit échantillons de déchets dans ce tourbillon océanique. Ils ont sélectionné deux détritus de polyéthylène couramment détectés au large des côtes. Le premier est une boîte de café et le second, un récipient de poudre de cacao. Ils les ont ensuite comparés aux mêmes produits neufs. Leur volonté est de caractériser les modifications physico-chimiques subies par les débris de polyéthylène durant leur séjour en mer. Le but est de fournir de nouvelles informations quant à leur impact potentiel sur l’environnement.

Pour ce faire, les scientifiques ont utilisé des techniques et instruments de pointe pour pouvoir déceler, à l’aide de coupes transversales, toutes les transformations des fragments. Il est important de noter que c’est la première étude de ce genre. Elle n’a été possible que grâce à des méthodes et des outils analytiques novateurs.

Les conclusions de l’étude sur la composition des débris de polyéthylène

L’analyse approfondie de la structure des produits altérés dans l’océan par rapport aux originaux met en évidence de fortes modifications morphologiques, structurelles et moléculaires. Les scientifiques ont particulièrement constaté une décomposition majeure de la surface externe de l’élément. Ils ont pu observer que celle-ci était probablement plus endommagée en raison des rayons ultraviolets. Ils ont ainsi détecté que cette strate était nettement plus cristalline. De plus, les macromolécules de polyéthylène sont très raccourcies et très oxydées.

Par ailleurs, toutes ces modifications affectent vraisemblablement les propriétés du polymère. Elles conduisent à une fragilisation de sa structure, une importante augmentation de sa rugosité et une diminution de son épaisseur. L’examen des échantillons démontre également la forte sorption de produits chimiques organiques et inorganiques. En complément, des traces de métaux ont été localisées principalement sur la couche externe exposée au soleil.

Cette première analyse met en exergue que les macrodébris observés sont altérés lors de leur transit en mer. Ils le sont particulièrement sur leur surface externe. Or la dégradation de cette strate est à l’origine des micro et nanodébris. Ce travail de recherche sur les débris de polyéthylène dans l’océan permet donc d’avoir un premier aperçu de la caractérisation des micro et nanoplastiques. Or, les propriétés physico-chimiques de ces nanodébris diffèrent grandement de ceux des plastiques. Dès lors, ce constat soulève encore une fois la question de leurs effets néfastes et leurs dangerosités sur la biosphère et l’écosystème marin à court, moyen et long terme.

Les études concernant la composition des nanoplastiques sont nouvelles. Il n’existe donc pas, pour l’instant, de description de la structure moléculaire des micro et nanodébris de plastique. Or, seule la connaissance précise de cette dernière permettra de définir l’impact sur l’environnement et sur toutes les espèces vivantes. Les investigations des scientifiques vont ainsi se poursuivre dans ce but. Avancée majeure, ils pourront probablement utiliser les mêmes méthodologies et outils pour caractériser d’autres types de plastique tels que le polystyrène.

Source : Microstructure Characterization of Oceanic Polyethylene Debris

Article rédigé par Zoé Delisle, au cours de son cursus de formation chez Formation Rédaction Web. Relecture scientifique réalisée par Valérie Pruneta, docteur en biochimie.