C. Les microplastiques : un mélange complexe de composés chimiques
1. Les microplastiques : un cocktail toxique
1.1.Les microplastiques chargés en contaminants dès leur conception
Les éléments chimiques qui composent les polymères peuvent devenir une source de contamination pour l’environnement (Lithner et al., 2011; Teuten et al., 2009) (
Figure 9
). Les matrices polymériques sont un mélange de monomères associés à des initiateurs et catalyseurs nécessaires au procédé depolymérisation. Des additifs sont ensuite ajoutés au mélange afin de procurer aux polymères les propriétés désirées. L’ensemble de ces composés chimiques peut se retrouver libre dans la matrice des polymères lors des réactions de polymérisation rarement complétement achevées ou au cours de la dégradation des polymères. Libres, ils peuvent migrer vers l’environnement tout au long du cycle de vie des polymères et se retrouver dans les systèmes aquatiques (Araujo et al., 2002; Halden, 2010; Lithner et al., 2011; Oehlmann et al., 2009; Papaleo et al., 2011; Rani et al., 2015; Sander et al., 2012; E. L. Teuten et al., 2009; Wolschke et al., 2015).
La plupart de ces molécules sont toxiques pour l’environnement, certaines sont connues pour être reprotoxiques (BPA, styrène, phtalates) et/ou cancérigènes probables ou reconnues (BPA, styrène, chlorure de vinyle) (Crain et al., 2007; Endo et al., 2005; Halden, 2010; Kwon et al., 2015; Lithner et al., 2011; Oehlmann et al., 2009; Ohyama et al., 2001; Papaleo et al., 2011; Rios et al., 2007). De plus, elles tendent à persister dans l’environnement aquatique du fait de leur faible biodégradabilité et à être bioaccumulées par les organismes marins. Ces composés chimiques ont été détectés dans les biomes aquatiques : la zone pélagique (Cladiere et al., 2013; Kwon et al., 2015; Rocha et al., 2012; Saido et al., 2014; Stachel et al., 2003; Wolschke et al., 2015), la zone intertidale (Kwon et al., 2015; Saido et al., 2014), la zone benthique (Llorca et al., 2014; Stachel et al., 2003) et au sein des communautés biologiques (Chu et al., 2015; Fossi et al., 2012, 2016; Jang et al., 2016; Rochman et al., 2014c; Santín et al., 2016).
Des éléments chimiques intervenant dans la composition des plastiques ont été mesurés sur des fragments de plastique collectés dans l’océan ouvert (gyre subtropical du Pacifique Nord, Océan Pacifique et mer des Caraïbes) mais également sur les plages (USA, Costa Rica, Vietnam et Japon) dans des concentrations de 0,3 à 3 940 ng.g-1 pour le nonylphénol (NP), 0,1 à 153 ng.g-1 pour l’octyphénol (OP) et 0,02 à 9 900 ng.g-1 pour les PBDE (Hirai et al., 2011). Teuten et al. (2009) ont également détecté ces monomères et additifs sur des plastiques collectés dans le gyre subtropical du Pacifique Nord : OP (0,4 à 7 ng.g-1), NP (24,9 à 2 660 ng.g-1), BPA (5 à 284 ng.g-1) et PBDE (0,4 à 57 ng.g-1).
1.2.Des concentreurs de contaminants environnementaux
Depuis plusieurs décennies, l’accélération de l’industrialisation et de l’urbanisation a entrainé une production massive d’une grande variété de composés chimiques qui se retrouvent dans les systèmes aquatiques et tendent à s’y accumuler, persister et se bioaccumuler (Rochman, 2015). Plusieurs études s’intéressant à l’adsorption des contaminants sur les polymères ont montré l’existence d’une affinité entre contaminant et polymère. La forte affinité entre les contaminants hydrophobes et les plastiques n’est pas une chose nouvelle puisque ces derniers ont été utilisés comme échantillonneurs passifs pour
analyser la biodisponibilité des contaminants dans différentes matrices des systèmes aquatiques depuis les années 1990 (Adams et al., 2007; Leslie et al., 2013; Lohmann, 2012; Teuten et al., 2007; E. L. Teuten et al., 2009). Une étude récente menée par Ogata et al. (2009) utilise l’ubiquité des GPI et de leur forte affinité avec les contaminants hydrophobes pour réaliser un suivi des polluants organiques persistants (POP) sur des plages de l’ensemble de la planète (International Pellet Watch ; www.pelletwatch.org/). Jusqu’à présent, les contaminants identifiés sur les microplastiques sont les métaux et les composés chimiques hydrophobes parmi lesquels se trouvent les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les polychlorobiphényles (PCB), les pesticides organochlorés (Ashton et al., 2010; Takada, 2006) (
Figure 9
).Les HAP sont des composés organiques détectés à la surface des microplastiques (Rios et al., 2007; Rios Mendoza and Jones, 2015). Deux types de HAP sont distingués : les pétrogéniques qui sont des hydrocarbures présents dans les bruts pétroliers, d’origine naturelle, qui se caractérisent par une forte proportion d’hydrocarbures ramifiés ; et les pyrogéniques qui sont produits par combustion de matière organique. Les composés organochlorés comme les PCB et les pesticides sont également retrouvés à la surface des microplastiques (Hirai et al., 2011; Rios et al., 2010). Les PCB sont des organochlorés dérivés du biphényle. Ils sont utilisés en tant qu’isolant dans les systèmes fermés (fluides diélectriques dans les condensateurs et les transformateurs, liquides hydrauliques, fluides caloporteurs) et comme additifs dans les systèmes ouverts en tant que stabilisant et ignifugeant. Les pesticides organochlorés sont des composés organiques obtenus par la chloration de différents hydrocarbures insaturés (Juc, 2007), généralement utilisés comme insecticides, agent antimicrobien et contre les moisissures (dichlodiphényltrichloroéthane : DDT, l’hexachlorocyclohexane : HCH, l’hexachlorobenzène : HCB, l’aldrine, le chlordane, etc.). Utilisés dans le monde entier, bon nombre de ces pesticides se propagent dans l’environnement et contaminent toutes les matrices environnementales (air, eau, sol, organismes vivants) (Ricking and Schwarzbauer, 2012; Tanabe et al., 1982). Enfin, bien qu’indispensables au métabolisme des êtres vivants, certains éléments traces métalliques (ETM) essentiels comme le fer (Fe), le chrome (Cr), le cuivre (Cu) ou le zinc (Zn) ou encore des ETM non essentiels comme le cadmium (Cd), le mercure (Hg) ou le plomb (Pb), souvent plus toxiques que les précédents, peuvent représenter une menace en cas de forte dose ou de chronicité d’exposition à de faibles doses (Wu et al., 2016). La majorité de ces composés (HAP, PCB, pesticides et métaux) ont été classés comme polluants prioritaires par l’agence Américaine de Protection de l’Environnement (US EPA) en raison de leur grande toxicité.
De nombreux travaux ont mis en évidence la présence de PCB, HAP et pesticides sur les microplastiques quel que soit le compartiment des systèmes aquatiques dans lesquels ils ont été extraits : la zone pélagique (Hirai et al., 2011; Rios et al., 2007; Rios Mendoza and Jones, 2015) et la zone intertidale (Antunes et al., 2013; Endo et al., 2005; Frias et al., 2010; Heskett et al., 2012; Hirai
al., 2013; Ogata et al., 2009; Rios et al., 2007; Van et al., 2012; Wesch et al., 2016). Les concentrations en contaminants chimiques (PCB, HAP et pesticides) associés aux microplastiques sont très variables d’un endroit à un autre (Tableau 3).
Rios et al. (2010) ont mesuré des HAP (nd - 14 459 ng.g-1), PCB (nd - 2 856 ng.g-1) et pesticides (nd - 454 ng.g-1) sur des microplastiques collectés dans de le gyre subtropical du Pacifique Nord. Enfin, récemment une attention a été portée à la présence de métaux à la surface de GPI collectées en zone intertidale (Ashton et al., 2010; Graca et al., 2014; Holmes et al., 2012; Nakashima et al., 2012). Ashton et al. (2010) ont dosé des ETM sur des GPI collectés sur des plages (Plymouth, Angleterre) tels que les Fe (25,85 à 64,97 µg.g-1), Al (7,05 à 49,79 µg.g-1), Pb (0,15 à 1,08 µg.g-1), Zn (0,42 à 2,34 µg.g-1) et Cu (0,06 à 0,61 µg.g-1).
Tableau 3 : Contaminants chimiques associés aux microplastiques collectés dans l’environnement marin (HAP : hydrocarbures aromatiques polycycliques ; PCB : polychlorobiphényle ; DDE : dichlorodiphényldichloroéthyl-ène ; DDT : dichlodiphényltrichloroéthane ; HCH : hexachlorocyclohexane).
Matrice Localisation Echantillons ΣHAP
(ng.g-1)
ΣPCB
(ng.g-1)
Pesticides (ng.g-1) Référence
Eau Japon Pellet (PP) / 117 DDE : 3,1 Mato et al., 2001
USA - Hawaï fragment et pellet 9 200 nd DDT : nd Rios et al., 2007
Gyre subtropical du Pacifique Nord
Fragment (PE) < 100 - 959 1 - 23 DDE : 0,1 - 4,7 Teuten et al., 2009
Gyre subtropical du Pacifique Nord
Fragments (PE et PP) nd - 14 459 nd - 2 856 nd - 454 Rios et al., 2010
Gyre subtropical du Pacifique Nord Fragments PE Fragments PP 12 - 868 16 - 24 3 - 78 1 - 4 DDT : 0 - 2 DDT : 0,5 - 0,6 Hirai et al., 2011
Océan Pacifique Nord Fragments PP 112 14 DDT : 0,8 Hirai et al., 2011
Mer des Caraïbes Fragments PE
Fragments PP 105 88 29 1 DDT : 4,8 DDT : 0,4 Hirai et al., 2011
Gyre Pacifique Nord Fragments (PE, PP, Nylon, PU)
nd - 846 nd - 223 / Rios Mendoza and
Jones, 2015
Sédiment Japon Pellet (PP) / 3,97 - 97,5 DDE : 0,16 - 2 Mato et al., 2001
(plage) Japon Pellet (PE et PP) / nd - 2 300 / Endo et al., 2005
USA - Hawaï fragment et pellet (PP) nd - 6 200 nd - 980 DDT : nd - 1 100 Rios et al., 2007
Japon Fragment (PE) 60 - 9 370 12 - 254 DDE : 0,2 - 276 Teuten et al., 2009
USA Pellet (PE) / 32 - 605 DDT : 5,09 - 267
HCH : < 0,94
Ogata et al., 2009
Japon, Europe Pellet (PE) / 5 - 453 DDT : 2,16 - 11,7
HCH : 0,52 - 1,04
Ogata et al., 2009
Australie Pellet (PE) / 16 DDT : 6,69
HCH : 0,14 - 0,19
Afrique du sud Pellet (PE) / 41 DDT : 2,13 HCH : 33,9
Ogata et al., 2009
Grèce Pellet (PE) 100-500* nd - 290* DDT : 1,1 - 42
HCH : 1,05 - 3,5*
Karapanagioti et al., 2011
Vietnam Fragments PE 359 - 389 9 - 26 DDT : 11 - 108 Hirai et al., 2011
Fragments PP 73 - 2 024 3 - 102 DDT : 14 - 99
USA Fragments PE 79 - 656 178 - 399 DDT : 4,1 - 7 Hirai et al., 2011
Fragments PP 39 - 378 15 - 119 DDT : 2,2 - 8,4
Costa Rica Fragments PE 1 - 25 1 - 61 DDT : 0,6 - 23,2 Hirai et al., 2011
Fragments PP 33 - 284 1 - 17 DDT : 1,6 - 124,4
USA Fragments et pellet (PS
et autres)
30 - 1 900 nd - 47 DDT : nd - 76 Van et al., 2012
Portugal Pellet (PE) 50 - 24 000* 10 - 310* DDT : 0 - 49
HCH : 0 - 3,3*
Mizukawa et al.,
2013
Portugal Pellet (PE) 53 - 44 800 2 - 223 DDT : 0,42 - 41 Antunes et al.,
2013 Brésil Pellet 40,2 - 1 256 77,7 - 1 295 DDT : 8,9 - 441 HCH : 0,59 - 3,14 Taniguchi et al., 2016 Vietnam Pellet / 4 - 8 DDT : 12,3 - 14,1 HCH : 1,23 Le et al., 2016 * valeurs médianes