Pour évaluer les effets cachés de la pollution plastique sur les écosystèmes aquatiques, il est nécessaire de s’intéresser à la structure moléculaire des micropolluants libérés dans l’eau lorsque le plastique se dégrade. Pour repérer ces substances, les chimistes mettent en œuvre des analyses chimiques ciblées qui permettent d’identifier des molécules déjà connues. En parallèle, ils ont recours à des techniques de pointe plus performantes, les analyses non ciblées, dans le but d’étudier de nouveaux contaminants encore inconnus et potentiellement toxiques.

Par Marie Privé,

Pop’Sciences Mag #11 | Déplastifier le monde ? | Novembre 2022.

Dans quelle mesure les eaux sont-elles polluées par les substances chimiques issues des plastiques qui se désintègrent ? S’il est encore trop tôt pour apporter des réponses précises à cette question, celle-ci fait l’objet d’un intérêt grandissant afin de mieux comprendre l’impact de la pollution aux micro et nanoplastiques sur l’environnement. Dispersées par le vent, par les eaux de ruissellement ou directement rejetées par les stations d’épuration, les substances chimiques liées aux activités humaines se retrouvent en grande partie dans les milieux aquatiques. Fabriquées à l’origine par l’industrie chimique pour notre confort (médicaments, pesticides, colorants…), ces molécules, une fois rejetées dans la nature, se transforment en micropolluants organiques pour la faune et la flore. Les phtalates, par exemple, couramment utilisés pour assouplir les matières plastiques et reconnus comme perturbateurs endocriniens, sont des micropolluants omniprésents dans le milieu aquatique. D’après un rapport de l’Institut national de l’environnement industriel et des risques (Ineris), ils ont été retrouvés dans 95 % des eaux de surfaces continentales évaluées^[1].

On ne trouve que ce que l’on cherche

Pour détecter cette pollution au niveau moléculaire et ainsi évaluer l’état chimique d’une rivière ou d’un cours d’eau, les chercheurs utilisent habituellement la spectrométrie de masse^[2] selon une approche dite “ciblée”. Cette technique d’analyse chimique permet de détecter et de quantifier des micropolluants dans un échantillon d’eau, de sédiment ou de boue. « Ça, c’est la partie visible de l’iceberg, observe Cécile Miège, chimiste et directrice adjointe de l’unité de recherche RiverLy (Centre Inrae Lyon-Grenoble Auvergne-Rhône-Alpes). On ne retrouve que des molécules déjà connues et que l’on a décidé de chercher. » Bien que performante, l’analyse ciblée ne permet de détecter qu’une minorité des micropolluants potentiellement toxiques. Avec cette méthode, l’état chimique d’une rivière est évalué sur la base d’une cinquantaine de substances préalablement connues. « En une seule analyse non-ciblée, on peut recueillir des informations sur plusieurs milliers de molécules, relève Cécile Miège. C’est une méthode d’exploration plus globale et sans a priori. » À terme, les chercheurs peuvent ainsi déterminer la formule brute d’un micropolluant inconnu. L’objectif ? Découvrir de nouveaux contaminants et identifier les plus préoccupants, afin d’œuvrer à leur réduction.

De nombreuses nanomolécules à passer au crible

Technique encore coûteuse et chronophage, l’analyse chimique non-ciblée n’est utilisée que depuis très récemment dans le cadre de la surveillance des milieux aquatiques. Si cette nouvelle méthode n’est pas encore directement appliquée aux matières plastiques, elle pourrait à l’avenir permettre de mieux décortiquer leurs structures moléculaires et leurs interactions avec l’environnement : « Aux polymères de base s’ajoutent une vaste gamme d’additifs et de colorants, ce qui rend la composition des plastiques très complexe, note la chimiste. On suspecte qu’ils regorgent d’un magma de nombreuses nanomolécules encore inconnues, d’où l’intérêt de développer l’exploration des matières plastiques en analyse non-ciblée. »

[1] Institut national de l’environnement industriel et des risques. Résultats de l’étude prospective 2012 sur les contaminants émergents dans les eaux de surface continentales de la métropole et des DOM (2014).

[2] Technique physique d’analyse très puissante et sensible qui permet de détecter et d’identifier des structures moléculaires par mesure de leur masse.

PPour aller plus loin :

Les milieux aquatiques au bord de l’overdose

Cotons-tiges, gobelets, verres et assiettes en plastique…Suite à l’adoption de la loi Pacte, ces produits à usage unique sont interdits à la vente depuis le 1^er janvier 2020. Une mesure visant à freiner l’un des fléaux de notre société moderne : la pollution par les déchets plastiques. En 2019, la fondation Tara a mené une expédition visant à cerner le phénomène dans les cours d’eaux européens dont le Rhône : le sujet mobilise les acteurs scientifiques de la région.

Un article rédigé par Caroline Depecker, journaliste, pour Pop’Sciences – 7-02-2020

10 tonnes chaque seconde…

Par sa légèreté, son étanchéité et son caractère bon marché, voilà 70 ans qu’il incarne notre mode de consommation de masse. Quelques 10 tonnes de plastiques seraient mises en circulation chaque seconde dans le monde. Et à 45% pour un usage unique. En France, seuls 22 % des déchets plastiques sont recyclés¹, les autres sont incinérés ou bien enfouis, mais pas que.

Prélèvement de micro-plastiques à l’aide de filet manta depuis le pont de Richmond (UK) en amont de Londres / ©Boris Eyheraguibel

Dès les années 1970, les scientifiques ont lancé l’alerte : au-delà des macro-déchets, ce sont des débris plastiques plus petits, de l’ordre du millimètre, qui s’accumulent dans les océans. Ces derniers auraient déjà stocké 110 millions de tonnes de plastiques représentés à 90% par des microplastiques : des fragments dont la taille est inférieure à 5 millimètres. Ils en recevraient 8 millions de tonnes nouvelles chaque année. Leur origine ? Une étude datée de 2016² suggère que 80% d’entre eux viennent de la terre et transitent par les fleuves³ : un sujet connu, mais insuffisamment documenté jusqu’à présent. Des travaux réalisés la même année ⁴ ont montré, par exemple, que la Seine charriait davantage de microfibres synthétiques que de microfragments (constitués surtout de polyéthylène), tandis qu’une recherche anglaise⁵ a souligné que 66 % des déchets présents dans la Tamise sont des microplastiques.

Pour pallier cette lacune de données scientifiques, en 2019, de mai à novembre, la goélette scientifique Tara a parcouru les quatre façades maritimes européennes et prélevé des échantillons dans neuf des principaux fleuves d’Europe. Son objectif :  évaluer la concentration en microplastiques charriés de la sorte, ainsi que leur impact sur les organismes marins.

Préparation de nasse contenant différents plastiques avant immersion dans le fleuve. / ©Boris Eyheraguibel

« Nous avons remonté le Rhône depuis son embouchure jusque Arles, la première grande ville rencontrée » indique Boris Eyheraguibel, de l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand, qui a fait partie de l’expédition. La collecte des microplastiques s’est faite à l’aide d’un filet de type Manta à maille fine, de 300 micromètres, ou encore grâce à des prélèvements sur les berges. « Nous avons encore échantillonné des nasses contenant différents types de plastiques -et pour certaines des moules quand la salinité était suffisante- qui avaient été volontairement immergées un mois avant notre passage », précise le chimiste. Ce sont ainsi 2700 échantillons prélevés sur 45 sites situés entre terre et mer qui sont désormais aux mains d’une quarantaine de chercheurs répartis sur 17 laboratoires partenaires.

L’exploitation de ces échantillons devrait durer deux à trois ans. « Ils vont transiter d’un laboratoire à l’autre pour subir différents traitements et ce n’est qu’une fois l’ensemble de ceux-ci réalisés que nous pourrons avoir une vision globale, qualitative et quantitative, de la pollution aux microplastiques », complète Boris Eyheraguibel. «  On peut d’ores et déjà penser qu’elle est élevée : des macrodéchets comme des cotons tiges, des emballages alimentaires, des bouteilles, des bouchons… abondaient en effet sur les berges visitées, or on sait qu’ils se fragmentent sous l’effet mécanique des vagues et des rayons ultraviolets du Soleil. Ce processus a été largement étudié en mer et nous pensons le vérifier à large échelle aujourd’hui en eau douce. »

De fait, 100% des prélèvements remontés à bord de Tara et observés une première fois au microscope témoignait de la présence de microfragments plastiques. En quantifiant les déchets et en identifiant leur nature au laboratoire, les chercheurs espèrent, d’une part, augmenter leurs connaissances sur le processus de fragmentation en faisant le lien entre la quantité de macrodéchets rencontrés et celle de microplastiques, et, d’autre part, caractériser l’origine de ces derniers : beaucoup de résidus en polyéthylène téréphtalate témoigneraient, par exemple, d’une pollution majeure aux bouteilles plastiques, des fragments de polyéthylène ou polypropylène à des emballages… Supposée, la contamination des eaux par des microbilles utilisés dans certains cosmétiques et dentifrices a bien été observée.

La plastisphère, des communautés microbiennes vivant à la surface des plastiques.

Un premier lot d’une vingtaine d’échantillons est en cours d’analyse au laboratoire Biométa* de Boris Eyheraguibel. Ces derniers ont été congelés dans de l’azote liquide dès leur arrivée à bord de la goélette : une étape importante afin de préserver les communautés microbiennes vivant à la surface des plastiques, ce qu’on appelle la « plastisphère ». Une quinzaine de bactéries marines sont d’ailleurs connues pour digérer les polymères afin de produire leur propre énergie. « Les microbes de la plastisphère intègrent ces derniers dans leur métabolisme en les dégradant progressivement, explique le scientifique. Après avoir éclaté les cellules des microorganismes récoltés, nous analyserons l’ensemble des molécules qu’ils avaient préalablement produites, ce qui nous permettra « in fine » de déterminer les mécanismes de la dégradation microbienne. » Les scientifiques s’attendent à trouver davantage d’espèces bactériennes capables de dégrader les plastiques dans les fleuves qu’en mer et qui le feraient encore plus efficacement.

Collecte de macro-dechets plastiques dans la laisse de mer à l’embouchure de la Tamise (UK) en aval de Londres / ©Boris Eyheraguibel

« Notre deuxième contribution à la mission concerne la recherche des polluants organiques fixés sur les morceaux de plastiques (pesticides, antibiotiques, hydrocarbures, PCB…) ou celle de leurs additifs (plastifiants, retardateurs de flammes, antimicrobiens, etc.) qu’ils relarguent naturellement, complète Boris Eyheraguibel. Ce travail sera associé à l’évaluation, par un laboratoire partenaire, de la toxicité engendrée par les mêmes échantillons. »

Les effets des microplastiques sur les organismes vivants sont pour l’heure peu connus : ils peuvent conduire de façon mécanique à une occlusion intestinale des espèces animales et impactent sérieusement la croissance du zooplancton – l’un des premiers chaînons de la chaîne alimentaire aquatique – en réduisant considérablement son appétit. Pour ce qui est de la toxicité chimique, on sait que certains de leurs additifs comme lebisphénol A et les phtalates sont des perturbateurs endocriniens. A cette date, plusieurs échantillons de plastiques « témoins », issus des nasses immergées pendant un mois lors de la mission Tara, présenteraient – d’après la fondation éponyme – des signes de toxicité significatifs.

Fortement médiatisée ces dernières années, la pollution aux plastiques investit désormais les laboratoires.

Assimilés à des capteurs passifs susceptibles de fixer les polluants organiques, les microplastiques miment le comportement des sédiments, ce qui a donné l’idée à Marina Coquery, responsable de l’équipe du Laboratoire de chimie des milieux aquatiques au sein de l’unité de recherche Riverly du centre INRAE** basé à Villeurbanne, d’intégrer cette problématique dans le cadre du réseau de l’Observatoire des Sédiments du Rhône qu’elle co-pilote aujourd’hui. « Ce réseau comprend une dizaine de stations de mesure où l’on collecte les sédiments en suspension pour analyser ensuite les contaminants qu’ils renferment, explique-t-elle. Situées dans le corridor rhodanien ainsi qu’en aval des principaux affluents du fleuve, elles nous fournissent une bonne image de la contamination du bassin en micropolluants organiques ainsi qu’en métaux trace. Opérationnel depuis dix ans, ce réseau permettrait de suivre les plastiques moyennant peut-être quelques adaptations. »

Les études aboutissent à la naissance du projet Déchets plastiques sur le continuum Rhône-Méditerranée

Poursuivant cette dynamique, la chercheure a initié avec la Zone atelier du bassin du Rhône le projet Déchets plastiques sur le continuum Rhône-Méditerranée soutenu par l’Observatoire Hommes-Milieux Vallée du Rhône. Son objectif : déterminer les apports du fleuve en micro et macroplastiques dans la mer Méditerranée. En décembre dernier s’est tenu la première étape de ce projet : un atelier participatif réunissant les associations actives sur le sujet, mais aussi les partenaires opérationnels comme la Métropole de Lyon, l’Agence de l’eau Rhône Méditerranée Corse (RMC), ou E.D.F.

« Plutôt que d’engager immédiatement une action de recherche supplémentaire, nous désirions réunir les acteurs de terrain concernés – une trentaine – afin qu’ils échangent sur leurs expériences et leurs savoirs. Nous avons été étonnés des connaissances déjà accumulées. Nous voulions aussi faire émerger les questions principales qu’ils se posaient et ébaucher des pistes de réponse. ». Après traitement, ces dernières donneront lieu à un plan d’actions non disponible à ce jour. La suite du projet est attendue pour mars prochain avec un 2^e atelier réunissant cette fois-ci des acteurs scientifiques locaux susceptibles d’apporter leur contribution à ce dernier. A l’Agence de l’eau RMC, les sollicitations viennent de toute part afin de mieux cerner le sujet de la pollution liée aux plastiques. « C’est une bonne chose qu’il y ait de plus en plus d’actions engagées dans ce sens. Cependant, il est nécessaire aujourd’hui de se mettre ensemble afin de réfléchir collectivement ! » conclut Marina Coquery.

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Notes

* L’équipe Biométa est un laboratoire de l’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand – Université Clermont Auvergne, CNRS, Sigma

**INRAE : Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement

(1) Stoppons le torrent de plastique !  – Guide à destination des décideurs français pour sauver la Méditerranée – WWF Rapport 2019

(2) Plastics in the marine environment – eunomia, Dr Chris Sherrington, June 2016

(3) Plastic pollution – Hannah Ritchie and Max Roser, Sept. 2018, University of Oxford  (Carte concernant l’apport des fleuves en micropolluants)

(4) Premières investigations sur les microplastiques en Seine, Rachid Dris, Lisa Lahens, Vincent Rocher,Johnny Gasperi, Bruno Tassin, Université Paris-Est – Laboratoire eau environnement et systèmes urbains – Rapport 2016

(5) Large microplastic particles in sediments of tributaries of the River Thames Horton, Alice & Svendsen, Claus & Williams, Richard & Spurgeon, David & Lahive, Elma. (2016). , UK – Abundance, sources and methods for effective quantification. Marine Pollution Bulletin. 114. / 10.1016/j.marpolbul.2016.09.004.

PPour aller plus loin

• La pollution par microplastiques est partout, mais on connaît mal ses effets sur la faune – The Conversation, 12 février 2020