Les nanoplastiques dans les océans : une pollution environnementale très sous-estimée ?



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Le plastique... c'est (pas) fantastique !

Eléments d'illustration à partir d’une étude dans le gyre subtropical de l'Atlantique Nord, parue dans la revue Environmental Science & Technology en novembre 2017, avec Julien Gigault, Emilie Jardé et Laurent Jeanneau de Géosciences.

La question des débris de plastique est un problème planétaire. Une fois que les éléments en plastique sont jetés dans l'environnement, ils se retrouvent le plus souvent dans les cours d'eau et finissent donc « naturellement »  dans les océans. De surcroît, comme la plupart des plastiques subissent une dégradation physico-chimique ou biologique très lente dans l'environnement, les débris peuvent rester dans l'océan pendant des années, des décennies, voire beaucoup plus longtemps. Alors que les débris suffisamment denses plongent et s'accumulent sur le fond marin, les débris flottants sont quant à eux transportés sur de très grandes distances à travers les océans, poussés par les courants. Sous l’action des rayons ultraviolets du soleil, des forces physiques des ondes et de l'hydrolyse, les débris plastiques sont décomposés en plus petits morceaux : les microplastiques. Les microplastiques sont définis comme des débris inférieurs à 5 mm. On estime ainsi qu'au moins 5,25 billions - soit 1 million de million (1,000,000,000,000 ou 1012) - de morceaux de microplastiques flottent en mer, principalement dans les gyres (i.e. des grands tourbillons) subtropicaux, où ils sont piégés et s'accumulent en raison des courants marins.

Si le phénomène est bien connu, il reste néanmoins que l'impact environnemental de la pollution plastique dans les océans est encore aujourd’hui mal compris, malgré une prise de conscience croissante du problème et de son impact : les débris de plastique peuvent piéger la faune marine ; ils sont également ingérés par une grande variété d'animaux, allant du plancton aux mammifères marins, avec des répercussions tout le long de la chaine alimentaire. En outre, les débris peuvent entraîner la dispersion d'espèces microbiennes et colonisatrices dans des eaux initialement indemnes et transporter des contaminants organiques vers des organismes marins à de multiples niveaux trophiques.

Mais de quoi parlons-nous exactement, et en quelle quantité ?

La production mondiale de plastique a atteint 288 millions de tonnes en 2012, et on estime qu'entre 4,8 et 12,7 millions de tonnes de plastique ont pénétré dans les océans à partir des déchets produits sur terre en 2010. De plus, cette quantité de plastique s’accumule et se déplace : la distribution mondiale des microplastiques à travers les océans a été estimée à l'aide de modèles de circulation des courants marins : la masse totale des microplastiques est estimée entre 93 et 236000 tonnes, alors que cette quantité ne représente qu'environ 1 % des déchets plastiques mondiaux entrés dans les océans en 2010.

Mais où sont donc passés les 99 % restants ?

De toute évidence, les microplastiques sont disséminés à la surface de la mer. Les voies et les mécanismes impliqués dans ces pertes n'ont pas été identifiés et diverses hypothèses ont été proposées, comme la fragmentation en morceaux plus petits ou l’engloutissement dans les profondeurs.

Or, comprendre la gravité des effets de la pollution plastique nécessite une meilleure connaissance des mécanismes associés. Récemment, une attention particulière a été accordée aux débris plus petits, c'est-à-dire les débris microscopiques, mais les méthodes fiables de détection et de quantification n'ont pas encore été mises au point. Les mésoplastiques sont définis comme des débris plastiques d’une dimension de 5 à 20 cm, tandis que les microplastiques sont définis comme ayant une taille inférieure à 5 mm, selon la définition désormais consensuelle du NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration = Agence américaine d'observation océanique et atmosphérique).

Cependant, la limite inférieure de la définition du « calibrage » des microplastiques est restée longtemps floue. Récemment, deux catégories ont été proposées : les « grands » microplastiques de 1 à 5 mm et les « petits » microplastiques définis comme des particules micrométriques, c'est-à-dire inférieurs à 1 mm. Ces catégories ont été validées scientifiquement et suggérées comme référentiel par la directive-cadre stratégie pour le milieu marin (2008/56/CE) : plus précisément, les grands microplastiques ont été définis par la gamme 1-5 mm et les petits microplastiques par la gamme 20 μm à 1 mm. A l’échelle encore inférieure, les particules de plastique de taille nanométrique sont appelées « nanoplastiques » et mesurent entre 1 et 999 nm. Les nanoplastiques n'ont pas été caractérisés dans des échantillons naturels, mais des études ont montré qu'ils peuvent être produits à partir de microplastiques dans des conditions de laboratoire.

L’originalité de l’étude menée par Julien Gigault et ses collègues résident précisément dans la caractérisation in situ de fractions colloïdales d'eau de mer prélevées dans l'océan Atlantique Nord occidental dans la zone d'accumulation plastique, à partir desquelles quatre échantillons ont été prélevés.

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Itinéraire de l'expédition "7ème Continent" en juin 2015 dans l'Atlantique Nord (ligne bleue). La zone d'accumulation de plastique a été déterminée sur la base de 30 ans de mesures in situ et est délimitée par la ligne en pointillé rouge. Les points indiquent les emplacements de l'échantillonnage (les 2, 4, 8 et 11 juin 2015).


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En conclusion, "le plastique c'est (pas) fantastique" : les données préliminaires démontrent sans surprise la présence de nanoplastiques dans le gyre subtropical de l'Atlantique Nord. Ces résultats soulèvent plusieurs questions sur les modes de dégradation des détritus plastiques et sur le devenir environnemental des nanoplastiques, depuis leur source (continentale) jusqu'à leur destination finale (océanique). Il s’avère que les méthodes d'échantillonnage et la caractérisation des particules de plastique à l'échelle micro et nanométrique dans les échantillons naturels présentent actuellement des limites évidentes pour répondre aux questions en cours.

D’autres questions surgissent : les microplastiques et les nanoplastiques de petite taille s'accumulent-ils dans la même zone géographique que les microplastiques ? Qu'en est-il de leur distribution sous la surface ? Les chercheurs s’attendent à une distribution spatiale différente car ils ont des propriétés de flottabilité différentes de celles des grands microplastiques. Mais encore faut-il le démontrer. Il serait également particulièrement important d'étudier la présence de nanoparticules anthropiques dans le continuum naturel de l'eau, des continents aux océans. Qu'en est-il par exemple du taux de fragmentation et d'oxydation de ces petites particules de plastique ? Il serait ainsi intéressant de savoir s'il y a accumulation de plastique à l'échelle micrométrique et nanométrique. A l’inverse, on peut légitimement se demander si les nanoplastiques ne sont pas oxydés ou fragmentés plus rapidement que les microplastiques ?

Ces questions doivent être examinées avec une certaine urgence compte tenu des enjeux environnementaux, sanitaires etc.. Des questions auxquelles l’ANR obtenue par Julien Gigault à l’automne 2017 et qui débute en Janvier 2018 s’attachera à répondre : PEPSEA (Nanoparticules de plastiques dans l’environnement : source, impact et prédiction nano = ParticlEs of Plastics in the environment: Source, prEdiction and impAct).



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Accumulation de débris de plastique mélangés aux algues, échoués sur une plage de Guadeloupe (crédits photo : Julien Gigault)



Référence
Alexandra Ter Halle, Laurent Jeanneau, Marion Martignac, Emilie Jardé, Boris Pedrono, Laurent Brach, and Julien Gigault. Nanoplastic in the North Atlantic Subtropical Gyre. Environmental Science & Technology 2017 51 (23), 13689-13697. DOI: 10.1021/acs.est.7b03667


Contact OSUR
Julien Gigault (Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @


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