Microplastiques et océans, comment notre négligence nous amène-t-elle à nous empoisonner nous-même ?

Par Anton Favre-Marquis, Léo Leber, Elisa Thomas, Vincent Thouvenin & Zoé Verdure, étudiants ESTA Belfort, 05/2021

Mots clés : #Microplastiques, #Océan, #Plastique, #Poissons, #Pollution, #Septième continent

Aujourd’hui le plastique est omniprésent dans nos vies. Mais l’utilisons-nous correctement ?

Le plastique est fabriqué en usine puis utilisé en tant qu’emballage, produit ou contenant. Il se retrouve dans nos magasins et ensuite dans nos placards. Une fois son rôle rempli, nous le jetons à la poubelle. Il arrive ensuite au centre de tri, puis est recyclé. Hélas, tous les plastiques ne suivent pas ce chemin bien tracé et nombreux sont ceux qui se retrouvent dispersés dans la nature. Certains d’entre eux sont emmenés par le vent, la pluie, les écoulements d’eau vers les rivières et les fleuves, pour se retrouver dans nos mers et nos océans.

Quel est l’impact de ces plastiques sur climat, sur l’environnement et sur notre santé ?

Le plastique, de sa fabrication à sa dégradation dans les océans

Le plastique un produit issu du pétrole. Il est constitué de monomères (motif de base du plastique entre 2 à 7 carbones) qui après une polymérisation deviennent de longue chaine de carbone.

On peut classer les plastiques dans deux catégories différentes : les thermoplastiques et les thermodurcissables (figure 2). Ces appellations viennent de leur chaine de carbone. Un thermoplastique possède de longues chaines de carbone linéaires entremêlées. Sous l’action de la chaleur, le processus de polymérisation peut être inversé en démêlant le polymère et en brisant les chaines de carbone. Il est possible de revenir au monomère. Ces thermoplastiques sont donc recyclables facilement. Ils sont cependant sensibles à la chaleur et peu résistants mécaniquement. Les thermodurcissables quant à eux possèdent de longues chaînes de carbones réticulés. La polymérisation s’effectue dans tous les sens, on obtient donc un ensemble rigide lié chimiquement. Contrairement aux thermoplastiques les thermodurcissables sont issus d’un procédé irréversible. En effet, sous l’effet de la chaleur les thermodurcissables se dégradent il est donc impossible de les recycler par des procédés classiques. Ils présentent néanmoins des avantages, ils sont plus résistants à la chaleur et offrent une meilleure rigidité.

Le plastique était inexistant dans nos vies il y a encore quelques années (1907 découvertes de la bakélite premier plastique totalement synthétique fabriqué en série par : Leo Baekeland). En effet, depuis les années 50 la production mondiale de plastique a subi une énorme augmentation en affichant une moyenne de croissance annuelle de 8,9% depuis 1950 (figure 3).

Si nous utilisons autant le plastique, c’est pour les multitudes de propriétés que ce dernier peut avoir. Selon sa composition et sa catégorie (thermoplastique, thermodurcissable) on peut retrouver le plastique quasiment partout autour de nous :

Près de la moitié de nos utilisations de plastique concerne les emballages qui sont généralement à usage unique et qui ne sont souvent malheureusement pas recyclés et finissent par se retrouver dans nos mers, et océans.

Dégradation du plastique

Lorsque les plastiques arrivent en mer, leur longue dégradation commence. Dans l’océans, il existe différents processus de détérioration du plastique.

Lorsque par exemple une bouteille en plastique se retrouve en mer, elle va flotter à la surface et va donc être en contact avec les rayons du soleil, et plus particulièrement les UV. L’action des UV sur le polymère va rompre des liaisons. Cela va entrainer une cassure dans la chaîne, et former des radicaux libres, c’est-à-dire de plus petits polymères indépendants. Cette réaction est également accentuée par la chaleur du plastique.

Après cette photodégradation, la surface du plastique est décomposée en petits radicaux libres de plastique. La profondeur de pénétration des UV sur les polymères usuels est de 25 à 50 microns. Cela veut dire que la bouteille va être fragilisée sur 25 à 50 microns de profondeur et va avoir une surface rugueuse. Cela va entrainer sa fragilisation et elle sera moins résistante aux forces mécaniques qui vont agir sur elle (vagues).

Les radicaux libres de polymères vont ensuite se propager dans l’océan. Leur taille est variable. Ils peuvent aller de quelques millimètres à quelques micromètres.

Après cette première phase de dégradation physique et chimique, la dégradation biologique peut commencer. Ce sont les bactéries qui vont s’occuper de dégrader les plastiques. Dans l’océan, les bactéries sont les organismes vivants les plus nombreux avec environ 100 millions de bactéries par litre d’eau et elles jouent un rôle majeur dans la reminéralisation du carbone.

Toutes les bactéries ne peuvent pas dégrader du plastique. Seuls certains types de bactéries le peuvent, comme les bactéries hydrocarbonoclastes*.

Le plastique ayant d’ores et déjà été dégradé en partie par les rayons UV, la surface des microplastiques et plastiques et érodée et n’est plus lisse. Cela va permettre aux bactéries de former un biofilm*. Les bactéries ayant adhérées au plastique sont d’espèces différentes et vont continuer de le dégrader. Certaines espèces bactériennes vont, via le fonctionnement de leur métabolisme, produire des acides qui vont réagir avec le polymère et continuer la dégradation chimique de ce dernier.

Ensuite, les bactéries vont produire des enzymes extracellulaires (1) et vont les relâcher dans leur environnement. Ces enzymes sont des par exemple des oxydoréductases. Elles vont oxyder le polymère (adjonction d’un oxygène (1)), puis le casser en polymères (2) plus petits. Les polymères de taille inférieure à 600 Daltons (environ 600 g.mol^-1) vont pouvoir rentrer dans les bactéries (3). Ils vont ensuite être dégradés, et les déchets non utiles au métabolisme de la bactérie vont être rejetés à l’extérieur de la cellule (4). Les molécules rejetées dans l’océan sont du CO₂, N₂, CH₄, H₂O.

Cependant, c’est un processus lent. En effet, il dépend du temps que va mettre une bactérie à dégrader le plastique, mais aussi du temps que va mettre la bactérie à se multiplier, et ce type de bactérie se multiplie lentement. Il y a donc trop de plastiques pour que, à elles seules, les bactéries puissent le reminéraliser.

Plastique et océans

Chaque année, notre consommation de plastiques augmente, cette consommation a un impact direct sur nos océans. En effet, chaque année ce sont entre 8 et 10 millions de tonnes de déchets plastiques qui finissent dans les océans amenés à cause de la pluie, du vent et par les cours d’eau. On estime à 300 millions de tonnes, le plastique présent dans nos mers. Ce sont en partie des bouchons, des flacons, des sacs plastiques, des bouts de polystyrène. Le plastique se retrouvant dans les océans est entraîné par les courants marins, à cause de la rotation de la Terre, les courants ne se déplacent pas en lignes droites. Ils se déplacent de façon circulaire suivant le sens des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère Nord et dans le sens inverse dans l’hémisphère Sud. Cela forme donc d’immenses vortex que l’on appelle gyres océaniques qui rassemblent les déchets en continents de plastiques, ce sont donc entre autres des terminaux où les déchets finissent leur course.

Quand on parle de plastiques dans les océans, on pense tout de suite au 7ème continent, un continent entièrement constitué de plastiques. Il se situe à mi-chemin entre la côte californienne et l’île d’Hawaï et représente une superficie de 3 millions de km², soit 6 fois la superficie de la France, il peut par endroit atteindre 30 mètres de profondeur. Cependant, en parlant du 7ème continent, on “embellit” un peu la vérité, en effet, il existe 4 autres continents ou masse de plastiques identiques à celui présent aux abords de la côte californienne qui sont eux aussi dû aux gyres océaniques. Les autres gyres et donc continents de plastiques plus petits, sont situés dans le Pacifique Sud, l’Atlantique Nord, l’Atlantique Sud et dans l’Océan Indien.

Cependant, la concentration en matières plastiques des continents ne représente que 1% des déchets qui pénètrent dans les océans sur 1 an. La concentration de plastiques dans les gyres est constante au fil des années, les scientifiques ont remarqué que les déchets disparaissent de la surface de l’eau au fil du temps, ce qui pourrait expliquer en partie, pourquoi on ne retrouve qu’une infime partie de déchets. Une fois en mer, il est quasiment impossible de collecter le plastique car on a tendance à perdre sa trace. Le site « Plastic Adrift » (disponible sur : https://plasticadrift.org/) permet de simuler le trajet d’une matière plastique jetée dans l’océan pour comprendre comment les plastiques se retrouvent concentrés aux mêmes endroits.

Une exploration avec le sous-marin Nautile a permis de conclure que les fonds marins étaient également pollués. En effet, ils ont retrouvé des amas de bouteilles plastique datant des années 1960, à plus de 2km de profondeur. Les déchets s’accumulent dans des canyons sous-marins ce qui rend le recensement de ces déchets très compliqué car déjà plus de 80% des fonds marins restent encore inexplorés et les canyons sont pour certains très difficiles d’accès. La quasi-totalité du plastique dans l’océan sont des microplastiques, plastiques dégradés avec un diamètre inférieur à 5mm. Ils sont si petits qu’il est difficile voire impossible de les retrouver dans les filets des scientifiques recensant le nombre de plastiques dans les océans, ce qui explique également pourquoi on ne recense qu’une infime partie de déchets. Les deux types de plastiques les plus présent sont le polyéthylène, utilisé dans la fabrication de bouteilles, de flacons, de boîtes en plastique ou encore de jerricans, et le polypropylène qui rentre dans la composition d’emballages alimentaires.

En faisant plusieurs recherches en Arctique, les scientifiques se sont aperçus que beaucoup de microplastiques ont été détecté dans des carottes de glace, des échantillons prélevés dans la banquise. Ces déchets se sont échoués sur la banquise puis en gelant se sont mêlés à celle-ci. Si la banquise était amenée à fondre avec le réchauffement climatique, ce ne serait pas moins de 100 milliards de déchets qui seront rependus dans les océans, ce qui aggraverait la situation.

Ingestion du plastique par la faune marine et ses répercussions

Dans certaines zones océaniques où la concentration en plastique est élevée, les microplastiques issus de ces dégradations sont en concentration égale avec la concentration en Zooplancton. Il a été établi que en 2012, la ratio microplastiques zooplancton était entre 1/10 et 1/2 selon les zones. Certes ce plastique n’est plus visible à l’œil, mais il est toujours bien présent et représente un danger pour les espèces marines.

La consommation de plastique chez les espèces marines a doublé au cours de la dernière décennie. On estime aujourd’hui à 2% par an l’augmentation de l’ingestion de plastique par la faune marine.

Selon une étude parue en février 2021 dans le magazine « Global Change Biology », sur 555 espèces provenant des océans et des estuaires, 386 avaient des traces de plastique dans leur système. A noter que 210 d’entre-elles sont des espèces pêchées dans un but commercial. Cela représente au total ¾ des espèces marines consommées par l’Homme.

Le plastique ingéré par les animaux marins est essentiellement constitué par des particules inférieures à 5mm. En dessous de ce seuil, il est alors considéré comme du microplastique et n’est presque plus visible à l’œil nu et est difficilement récupérable.

La grande majorité de ces microplastiques sont en fait des microfibres extraites lors du lavage de nos vêtements.

Il a été prouvé en laboratoire que le plastique ingéré par les poissons causait chez eux des tumeurs précoces. De plus, ingéré dès le plus jeune âge, le plastique a pour conséquence de les rendre plus petits, moins rapide et réduit leur intelligence.

« Ce n’est pas la peine de jeter les sacs en plastiques, assaisonnez-les et mangez-les directement. A un moment donné, il va revenir dans votre assiette sous une forme ou sous une autre ! » – Pr. Gaby GORSKY, chercheur au laboratoire d’Océanographie.

Les microplastiques sont ingérés par les espèces marines de la même manière qu’ils ingèrent du plancton. Ainsi, la présence de microplastique dans les océans réduit, parfois de manière très importante, la proportion de nourriture ingérée.

Selon une étude menée par le Pr. Colin Janssen, la concentration en PCB associée aux microplastiques dans les moules que nous consommons serait 1 000 à 10 000 fois inférieure aux recommandations de l’OMS. Ainsi, un très gros mangeur de moules ingèrerait, dans le pire des cas, 60 particules de microplastiques passeraient des moules à la paroi intestinale. Dans cette même étude, il a été prouvé que, pour la moule, le plastique était capable de passer au travers de la paroi intestinale. Les effets sur la santé ne sont pas encore connus. Une étude est en cours pour déterminer si de tels phénomènes se produisent chez l’Homme.

On ne connait pas encore la nocivité du plastique sur l’organisme Humain !

Les répercussions sur l’environnement et le climat

La présence de microplastiques dans l’océan a un lourd impact sur l’environnement. En effet, de nombreux mammifères marins ou poissons confondent les plastiques avec leur nourriture et s’empoisonnent.

On sait aujourd’hui que sur les plastiques et microplastiques présents dans l’océan se trouve différentes espèces d’algues, de crustacés et de bactéries. Cela pose un problème environnemental. En effet, ces espèces originaires d’une région spécifique, vont se fixer sur un plastique et ensuite voyager de manière aléatoire sur le globe tout en se multipliant. De ce fait, de nombreuses espèces se reproduisent et colonisent des zones géographiques où elles n’ont pas de prédateurs et bouleversent l’écosystème local. Au Canada plus de 120 espèces marines Japonaises ont été retrouvées sur un bout de plastique.

Cela nous montre également que tout un nouvel écosystème est présent sur ces bouts de plastiques. Des algues, des crustacés et des bactéries cohabitent sur de minuscules bouts de plastiques. Des symbioses* ont même été observées sur certains microplastiques.   

Les microplastiques ont également un effet négatif sur le climat. Le premier facteur est la fabrication du plastique qui produit beaucoup de gaz à effet de serre. Mais la pollution ne s’arrête pas là. Le plastique s’étant décomposé dans l’eau grâce à l’action des UV, mais aussi des bactéries se retrouve dans l’eau sous forme de carbone. Et cela vient perturber les pompes à carbone biologiques.

Les pompes à carbone océaniques sont constituées de phytoplancton et de bactéries qui s’occupent de transformer le CO₂ en O₂. Le carbone restant est ensuite relâché dans l’océan. Ces pompes à carbone produisent plus de la moitié de l’oxygène que nous respirons et participent au maintien d’un équilibre.

Or, avec l’augmentation des gaz à effet de serre, ces pompes à carbone se retrouvent perturbées. De plus, l’apparition des microplastiques et chaînes carbonées solubilisées dans l’océan, ces pompes à carbone sont de plus en plus sollicitées et perturbées. Elles ne seront plus suffisantes pour “recycler” tout ce carbone présent en excès dans notre atmosphère, mais aussi bientôt dans nos océans.

Des solutions à créer ou des actions existantes ?

Pour être vraiment efficace et améliorer la situation de manière pérenne, des solutions doivent être apportées à plusieurs niveaux : sur la création de déchets, la gestion de ces déchets et la dépollution des déchets déjà présents dans la nature.

Un premier axe de solutions serait de produire moins de déchets.

Près de la moitié des déchets plastiques sont des emballages. Diminuer le suremballage et changer la matière de l’emballage aurait un impact déjà très fort sur la création de déchets plastiques. Utiliser des matières dégradables rapidement (sacs biodégradables des supermarché) permettrait aussi de décomposer plus vite ces déchets.

Développer des alternatives de consommation permettrait aussi de faire changer les choses. Ainsi, l’association « Ma bouteille s’appelle revient » propose un système de consigne mis en place sur les bouteilles en verre qui sont récupérées puis revendues aux producteurs après nettoyage. Il faudrait allier cela avec un changement dans nos habitudes, en essayant de réutiliser le plus possibles tous nos achats (tels que les sacs de lins ou de jute proposés en supermarché).

Un second axe de solutions serait une mutualisation de méthodes de tri des déchets ainsi que le développement du recyclage. En France, les méthodes varient selon les villes, les déchets plastiques ne sont pour la plupart pas recyclés. Selon le JDD, 250.000 tonnes de plastique a été exporté par la France en 2017 vers des pays moins développés (notamment en Asie du Sud-Est), qui enterrent les déchets ou les amassent dans d’immenses décharges. Ces déchets finissent par atteindre les océans. Il paraît assez pragmatique pour les pays développés de réfléchir à des solutions pour mieux gérer leurs déchets plutôt que de les exporter et simplement déplacer le problème. Il y a une limite à cet axe cependant : le recyclage requiert une grande quantité d’énergie pour transformer le déchet en matière réutilisable et enfin en produit fini, cela a donc un impact non négligeable sur la dégradation du climat.

Le dernier axe est la dépollution des mers et océans pour faire diminuer le nombre de déchets présents. C’est une tâche compliquée car les surfaces sont vastes, il est difficile de dépolluer les côtes et les endroits où l’écosystème est fragile, et les déchets ne sont pas tous en surface.

La pollution des mers et océans par des déchets plastiques provient essentiellement des fleuves et des rivières (Le CNRS estime que 10 millions de tonnes de plastiques sont déversées en mer chaque année, dont 80 % provient des terres). Intercepter les déchets à cette étape reviendrait à réduire drastiquement le flux de déchets s’accumulant dans les océans.

La fondation The Ocean Cleanup a développé “The interceptor”, un bateau de collecte de déchets, actuellement mis en place sur des cours d’eau (principalement en Asie du Sud-Est) pour récupérer les déchets plastiques flottants avant qu’ils n’atteignent l’océan. Il est équipé de barrages modulaires flottants (Bolina Booms) pour capturer facilement les déchets.

The SeaCleaners est une autre association avec pour projet la construction de The Manta, une usine de tri de déchets directement installée dans un catamaran récupérateur de déchets allant jusqu’à 10 mètres de profondeur. Il a pour objectif de collecter 5 à 10 000 déchets par an. Le navire puiserait son énergie dans le vent, les panneaux solaires de son toit et la combustion des déchets récupérés non recyclables.

D’autres associations organisent des collectes et des sensibilisations telles que Wings of the Ocean, Project Rescue Ocean, Mare Vivu, la Coopérative T.É.O.

Conclusion

Le plastique est un problème pour l’environnement, pour le climat, pour les écosystèmes marins, mais aussi pour notre santé. Cela ne veut pas dire qu’il ne faut plus en utiliser mais qu’il faudrait mieux gérer sa consommation et son retraitement, trouver de nouvelles solutions et multiplier les actions afin de stopper la création de nouveaux continents de plastique.

Lexique

Hydrocarbonoclastes : bactéries pouvant dégrader des hydrocarbures.

Biofilm : Un biofilm est un ensemble de microorganisme (ici des bactéries) qui vont adhérer à une surface via la production d’une matrice adhésive.

Symbiose : Association biologique, durable et réciproquement profitable, entre deux organismes vivants.

Références

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Cours de polymère ESTA 2019/2020.

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