Chapitre 1 Les déchets marins
V. C. Composition et toxicité des plastiques
Les plastiques industriels sont issus de l’addition d’un polymère et d’additifs permettant de modifier la propriété des polymères ou de baisser leurs coûts de production. Les additifs peuvent être séparés en trois catégories : les additifs fonctionnels englobant entre autre les plastifiants et les retardateurs de flamme, les charges et les pigments.
V.C.1. Polymères plastiques
La quantité de plastique produit en 2016 dépasse les 335 millions de tonnes (fibres exclues ; Fig.
1.13) dont 19 % en Europe (PlasticEurope, 2017). Malgré une très grande variété de matériaux plastiques, 7 polymères cumulent 81 % de la production européenne (fibres exclues) : les polyéthylènes (PP), les polypropylènes (PE), les polychlorures de vinyle (PVC), les polyuréthanes (PUR), les polytéréphtalates d’éthylène (PET) et les polystyrènes (PS ; Tableau 1.1).
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Figure 1.13. Production de plastiques dans le monde (millions de tonnes ; PlasticEurope, 2017).
Le PP résulte de la polymérisation du propylène ou propène (C3H6), un alcène produit à base d’éthylène. Sa densité est la plus faible des 7 principaux polymères. Le PP est le polymère le plus produit en Europe (19 %) et son utilisation se concentre principalement dans l’emballage alimentaire sous la forme de films ou de plastique dur mais également dans le textile comme fibres, ou même en tant que mousse synthétique dans certains secteurs.
Le PE est polymérisé à partir d’éthylène ou éthène (C2H4), la structure la plus simple parmi les alcènes. Sa densité est faible et inférieure à celle de l’eau. Il existe sous différentes formes, qui dépendent de la longueur de ses ramifications et donc, de sa densité. Cette diversité des PE peut se réduire à trois catégories : les PE à basse densité (PE-BD), à moyenne densité (PE-MD) et à haute densité (PE-HD). Toutes ses formes cumulent 30 % de la production européenne. Les PE sont utilisés principalement dans l’emballage alimentaire sous la forme de films pour les basses densités et plus sous la forme de plastique dur pour les hautes densités. Il existe également des fibres et des mousses en PE.
Le PVC est un polymère du chlorure de vinyle ou chloroéthène (C2H3Cl), fabriqué à partir d’éthylène et de chlore. Sa densité est la plus élevée des 7 principaux polymères. Il est rigide mais peut-être assoupli par l’ajout de plastifiant. Il représente 10 % de la production européenne et est
32 utilisé principalement dans la construction, par exemple en tant que tuyau de canalisation sous sa forme rigide ou en tant que câble d’isolation sur sa forme souple.
Le PUR provient de la polymérisation d’uréthanes, une famille de composés organiques, issus de la réaction entre des isocyanates et des alcools. Il est le seul polymère majoritairement thermodurcissable des 7 principaux polymères. Sa densité est plus élevée que celle de l’eau de mer.
Sa production est inférieure à 10 % de la production européenne et il est principalement utilisé en tant que mousse dans le secteur de la construction.
Le PET est un polyester particulier, dont les monomères contiennent la fonction ester (R-COOR), différent du polyéthylène et ne contiennent pas de phtalate. Sa densité est également supérieure à l’eau de mer. Sa production est inférieure à 10 % de la production européenne et il est principalement utilisé en tant que contenant alimentaire et de boissons, mais aussi sous la forme de fibre dans les textiles.
Le PS est polymérisé à partir de styrène (C8H8), composé organique aromatique. Sa densité est également inférieure à celle de l’eau. Le polystyrène existe également sous plusieurs formes dont la plus courante est la forme expansée, souvent composée de billes millimétriques agglomérées. Sa production est inférieure à 10 % de la production européenne et il est principalement utilisé en tant qu’emballage mais également dans la construction sous la forme de plastique dur ou de mousse.
Lithner et al. (2011) ont analysé 55 plastiques parmi les plus produits afin de les classer selon leurs toxicités potentielles. 31 d’entre eux comportent des monomères dangereux pour la santé et l’environnement. Leurs résultats sont résumés dans le Tableau 1.1 pour les 7 polymères listés précédemment. Seuls le PVC et le PUR contiennent des monomères d’un danger sévère (IV et V, en gras dans le tableau) nécessitant leurs remplacements dès que possible.
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Tableau 1.1. Principaux polymères et toxicité des monomères associés. Danger classé I (peu sévère) à V (très sévère). Données de production et usages : PlasticEurope, (2017) ; Toxicité des monomères : Lithner et al., (2011) ; Densité et formule chimique : Saunders, (1988).
Polymères Formule Production Densité Utilisation Monomère (masse)
10% 1.16−1.58 Construction Vinyl chloride (100%)
Les plastifiants sont une catégorie d’additif permettant d’augmenter la souplesse et la flexibilité des plastiques. Ils sont potentiellement toxiques pour l’homme et l’environnement principalement en tant que perturbateur endocrinien (Wang et al., 2016). Parmi les plastifiants, les phtalates sont les plus communs, présents dans une grande variété de plastique et représentant 70 % de la production mondiale de plastifiants (CEH, 2015). Six d’entre eux sont classés comme polluants prioritaires par l’Union Européenne (CEC, 2007). Les principaux effets sur l’homme sont les perturbations endocriniennes (différenciation des organes sexuels) et dans le développement des nouveaux-nés, ainsi que l’apparition de cancers (Wang et al., 2016). L’exposition principale à ces polluants provient des emballages plastiques contaminant la nourriture et les boissons (Fasano et al., 2012).
34 Les phtalates sont également présents dans les environnements marins et terrestres, l’air, l’eau, les sédiments et la faune (Clara et al., 2010 ; Fossi et al., 2012 ; Paluselli et al., 2018 ; Zhang et al., 2014). Leurs diffusions dans l’eau de mer depuis les matériaux plastiques dépendent du type de polymère, de leurs dégradations et des conditions environnementales. La température, la lumière et l’activité bactérienne favorisent la diffusion de phtalates, mais cette diffusion est également possible, notamment avec les matériaux plastiques fins comme les sacs plastiques, de nuit, en milieu abiotique et avec des températures basses (Paluselli, 2018).
V.C.3. Autres additifs fonctionnels
Il existe une grande diversité de fonctions pouvant être ajoutées aux plastiques afin d’améliorer leurs performances et de les adapter à tous types d’usages. Les principaux additifs fonctionnels utilisés sont :
• les antioxydants, qui s’opposent aux réactions oxydantes et allongent ainsi la durée d’utilisation des plastiques,
• les retardateurs de flammes, qui rendent plus difficiles l’inflammation du plastique,
• les biocides, qui empêchent le développement microbien, afin d’éviter une contamination pathogène et la bio-dégradation des plastiques,
• les stabilisants solaires, qui diminuent les dégradations dues en particulier aux rayons ultra-violets,
• les stabilisants thermiques, permettant une utilisation à plus haute température sans dégradation ou perte de propriétés,
• les lubrifiants, réduisant l’adhésion ou les frictions à l’extérieur et à l’intérieur du plastique,
• les promoteurs d’adhésion, qui à l’inverse, facilitent l’adhésion d’autres structures,
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• les agents antistatiques, qui réduisent l’accumulation de charges électriques dont les plastiques ont tendance à se charger,
• les agents gonflants, afin d’obtenir des mousses ou de diminuer la densité.
Les retardateurs de flammes sont parfois composés de molécules bromées les rendant toxiques. Ces molécules sont persistantes, bioaccumulables et toxiques pour l’homme et l’environnement. Leur utilisation dans l’Union Européenne est interdite ou limitée. Le bisphénol A est également très médiatisé en raison de sa toxicité (Rubin, 2011). Il est à la fois un monomère entrant dans la composition du polycarbonate et un additif antioxydant. Il est classé comme « substance extrêmement préoccupante » par l’union européenne, en tant que perturbateur endocrinien (CEC, 2007) et tend à être banni de nombreux produits du quotidien.
V.C.4. Charges et pigments
Les charges sont des substances solides non miscibles dont les objectifs sont de diminuer le coût de production des plastiques, d’améliorer leurs propriétés ou de modifier leurs densités. Ils peuvent représenter plus de 50 % de la masse des plastiques. Les pigments sont utilisés afin de colorer les plastiques. Ses deux types d’additifs peuvent contenir des polluants notamment des métaux lourds.