Une étude de l’Université de Tel-Aviv classe les produits plastiques selon leur degré de dangerosité pour l’environnement

Une étude réalisée sous la direction du Dr. Ines Zucker, directrice du laboratoire de nanotechnologie environnementale de l'Université de Tel-Aviv et du doctorant Andrey Ethan Rubin de l’Ecole Porter d’études environnementales, a évalué le degré de dommages environnementaux causés par six types de microplastiques les plus courants. Résultat : le polymère le plus dangereux est le polypropylène, utilisé entre autres dans la fabrication des lunch box et des bouteilles de shampoing. Viennent ensuite, dans l’ordre : le polyéthylène (sacs du supermarché), le polystyrène (matériau d’emballage et produits individuels jetables), le polyéthylène téréphtalate (bouteilles pour boissons) et l'acide polylactique (PLA). Selon les chercheurs, l’étude a pour but de mettre en garde, et d’aider aux processus de décision et à l’établissement de politiques environnementales.

Microplastiques équipeL’étude, à laquelle ont également participé la doctorante Rima Gnaim de l’Ecole Porter de l’Université de Tel-Aviv et la doctorante Shiri Levy du Département de science et d'ingénierie des matériaux, a été publiée dans la revue Science of the Total Environment.

Quel est le plastique le plus courant ?

« Les microplastiques sont des particules de plastique qui se forment lors de la décomposition de produits en plastique à base de différents polymères et causent de nombreux dommages à l'environnement en général et au milieu marin en particulier », explique le Dr. Zucker : « Nous étudions les microplastiques et les nanoplastiques depuis la création de notre laboratoire. La présence de particules de plastique provoque des dommages pour l’environnement, le climat, les animaux, et parfois aussi pour la santé humaine, et ce sujet est aujourd’hui à l’avant-garde de la recherche mondiale. Cependant, la plupart des études évaluent le risque associé à la présence de microplastiques au travers d'un prisme étroit, selon un indicateur unique choisi par les chercheurs. Dans cette étude, nous avons cherché à obtenir une évaluation plus précise en combinant cinq indicateurs différents : la fréquence de la présence des particules de plastique, leur tendance à se décomposer (suite à une oxydation ou à une brisure mécanique), leur potentiel d'oxydation de l'eau et leur toxicité ».

Dans une première phase, les chercheurs ont passé en revue 50 articles scientifiques déterminant les types de microplastiques les plus courants dans les échantillons d’eau de mer du monde entier. Sur la base de cette étude, ils ont décidé de se concentrer sur six types de polymères, composant de base du plastique. Dans un premier temps, ils ont sélectionné 3 polymères, produits à partir d'énergies fossiles polluantes : le polyéthylène, le plus courant, que l'on retrouve par exemple dans la composition des sacs en plastique ; le polypropylène, à partir duquel sont fabriquées, entre autres, les bouteilles de shampoing et les lunch box ; et le polystyrène, connu du grand public sous la forme de polystyrène expansé ou mousse de polystyrène, fréquemment utilisé pour l'emballage et les ustensiles jetables. En parallèle, ils ont testé trois types de polymères relativement « verts » : le polytéréphtalate d’éthylène ou PET, le plastique à partir duquel sont fabriquées les bouteilles en plastique, qui comprend 25 % à 50 % de composants recyclés ; et l'acide polylactique, le PLA, le seul polymère à base d'amidon de maïs, qui devrait constituer une alternative naturelle et renouvelable aux combustibles fossiles. Sur la base de l’analyse de la littérature scientifique, les chercheurs ont examiné le premier paramètre de l’étude : la répartition des différents types de microplastiques en milieu marin. Ils ont constaté que les particules de polyéthylène sont les plus courantes.

Plus les particules sont petites, plus elles sont dangereuses

Ensuite, des échantillons de plastique constitués des six types de polymères ont été placés sur le toit d'un bâtiment de la Faculté d'ingénierie de l'université, dans des récipients contenant une solution simulant l'eau de mer, pendant une période d'un an. Les chercheurs expliquent que l'on obtient ainsi une exposition prolongée et double, à la fois aux conditions de l’eau de mer et aux éléments météorologiques, qui simule l'exposition des déchets plastiques dans les océans.

En cours et en fin d'année, deux paramètres supplémentaires ont été testés : le niveau d'oxydation, qui rend le plastique plus fragile, et le potentiel de brisure mécanique. « Ces deux phénomènes provoquent la décomposition du plastique en particules de plus en plus petites, les microplastiques et même des nanoplastiques », expliquent les chercheurs. « Plus les particules sont petites, plus leur potentiel toxique pour les animaux comme pour les humains est élevé, car elles sont capables de traverser davantage de barrières à l'intérieur du corps, pénètrent dans la circulation sanguine et atteignent même le cerveau ». L'étude a révélé que le polypropylène s'oxyde plus que les autres polymères, alors que le polystyrène se casse plus que les autres, en particules plus petites, suite à l'application de forces mécaniques.

De plus, les chercheurs ont prélevé des échantillons des solutions dans lesquelles les différents polymères ont trempé, pour examiner les changements de l'acidité de l'eau dus à l'altération prolongée. « L'augmentation de l'acidité de l'eau de mer a une grande importance pour le changement climatique », explique Andrey Rubin. « Le dioxyde de carbone de l'atmosphère se dissout naturellement dans l'eau de mer et s'y dépose sous la forme d'un sel appelé carbonate de calcium. Une augmentation de l'acidité de l'eau de mer diminue la capacité des océans à absorber et à fixer le CO2, de sorte qu'une plus grande quantité reste dans l'atmosphère et affecte négativement le changement climatique. L'étude a révélé que le polypropylène multiplie par trois l'acidité de l'eau, soit plus que tout autre polymère testé au cours de l'expérience ».

Le plus dangereux pour l'environnement

Les chercheurs ont ensuite filtré les solutions pour les séparer en deux : d'une part, les particules microplastiques solides restantes, et de l'autre, l'extrait liquide, la solution dans laquelle ont coulé les additifs incorporés au plastique lors de sa production pour lui conférer des propriétés telles que sa couleur, sa flexibilité ou sa rigidité. Dans le laboratoire de microbiologie de l'UTA, des bactéries marines ont été exposées aux deux produits filtrés, le solide et le liquide, afin de tester leur degré de toxicité. « Les bactéries sont les premières créatures de la chaîne alimentaire marine, et leur endommagement est susceptible de mettre en danger l'ensemble du réseau alimentaire. C'est pourquoi il est si important de comprendre s'ils sont endommagés par les différents types de plastique, et si oui, comment et dans quelle mesure ».

L'étude a révélé que les particules de plastique solides ne causent peu ou pas de dommages aux bactéries, mais qu'en revanche l'extrait, ces mêmes produits chimiques qui se sont répandu dans l'environnement en raison de l'altération du plastique, s'est avéré extrêmement toxique et a provoqué un ralentissement significatif du taux naturel de division des bactéries. Les chercheurs ont été surpris de découvrir que la substance la plus toxique pour les bactéries est précisément l’extrait de PLA produit à partir d’amidon de maïs. Ce constat indique, selon eux, qu’il ne suffit pas de développer des polymères naturels pour remplacer les combustibles fossiles dans la production de plastique, mais qu'il est également important de mettre l’accent sur la réduction ou le remplacement des additifs chimiques incorporés dans tous les produits plastiques.

Braquer les projecteurs dans la bonne direction

Une fois les données obtenues, chaque polymère a reçu une note pour chacun des cinq paramètres : distribution, oxydation, fragilité mécanique, acidification de l'eau de mer et toxicité pour les bactéries marines. Tous les scores ont été rassemblés pour classer les différents types de microplastiques selon leur degré de dangerosité environnementale. Il s'est avéré que le polymère le plus dangereux pour l'environnement est le polypropylène, utilisé pour fabriquer les boîtes repas, les bouteilles de shampoing, etc. On a également pu constater que le PLA, le polymère fabriqué à partir d’amidon de maïs, est le plus sûr d’un point de vue environnemental.

« Les déchets plastiques constituent actuellement une énorme menace environnementale, et cinq îlots de plastique se sont déjà formés dans les océans, dont la superficie totale atteint probablement des millions de kilomètres carrés », conclut le Dr. Zucker. « Puisqu'il n'est pas envisageable aujourd'hui d'arrêter complètement la production du plastique et son utilisation, il est important de savoir sur quoi se concentrer en prenant en compte un ensemble de paramètres de risque, et c'est l'objectif principal de cette étude. Nos résultats sont destinés à aider les fabricants et les décideurs politiques qui sont aux prises avec le phénomène, ainsi que les chercheurs à la recherche de solutions, à braquer les projecteurs dans la bonne direction. Plus précisément, nous avons constaté que le polypropylène est le polymère le plus dangereux pour l'environnement et nous recommandons de mettre l'accent sur les produits en plastique de ce type ».

 

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L'équipe de recherche (Crédit: Université de Tel-Aviv)

 

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