Les sources de microplastiques

Les microplastiques sont des particules de plastique dont la taille n’excède pas 5 mm (National Oceanic and Atmospheric Administration) (Arthur et al., 2009), bien que pour certains auteurs ce terme s’applique aux particules de moins de 1 mm (Browne et al., 2010; Claessens et al., 2011; Vianello et al., 2013). Bien qu’aucune limite de taille inférieure n’ait jamais été clairement définie pour les microplastiques, il est communément admis que les particules inférieures à 0,1 µm correspondent à la classe des nanomatériaux. Les microplastiques sont généralement définis par leur taille, leur forme et leur couleur. Les définitions diffèrent selon les équipes de recherche, cependant cinq catégories sont généralement utilisées pour décrire la forme des microplastiques : fragments, sphères, fibres, GPI ou granulés plastiques industriels (ou pellets) et « foam » désignant les fragments de polystyrène expansé. L’origine des microplastiques dans l’environnement aquatique est divisée en deux grandes sources. La première source de microplastiques (microplastiques primaires) correspond aux plastiques directement produits sous la forme de microparticules, et la deuxième source (microplastiques secondaires) correspond à la fragmentation de débris de plastiques plus gros (> 5 mm) viaune combinaison de processus physiques, chimiques et biologiques (Andrady, 2011; Browne, 2015). Cette distinction permet une potentielle identification de certaines sources de microplastiques, permettant de pouvoir agir en amont en vue d’une réduction de leur présence dans l’environnement.

1.1.Les microplastiques primaires

Les microplastiques dits primaire retrouvés dans les milieux aquatiques proviennent des usages domestiques et industriels (Figure 6). Dans le milieu domestique, les particules de plastiques (PE, PP ; Figure 6, a, c) sont utilisés comme agents exfoliants et ont remplacé les produits naturels présents dans les cosmétiques et les dentifrices (noyaux abricots, pierre ponce, diatomite) (Fendall and Sewell, 2009; Gregory, 1996).

Figure 6 : Microplastiques primaires : a) microplastiques extraits d’un dentifrice ; b) granulés de pré-production industriels (GPI) ; c) microplastiques issus d’un exfoliant analysés en microscopie électronique à balayage (UNEP, 2016b).

Récemment, Napper et al. (2015) ont montré qu’un produit exfoliant pour le visage pouvait rejeter entre 4 594 et 94 500 microbilles de PE (diamètre moyen : 164 et 327 µm) dans les eaux usées au cours d’une seule utilisation. Du fait de leur très petite taille (souvent < 100 µm), ces microparticules passent potentiellement en totalité ou en partie au travers des différents traitements des stations d’épuration avant de se retrouver dans l’environnement aquatique (Browne et al., 2011; Dris et al.,

2015; Mason et al., 2016; Michielssen et al., 2016; Murphy et al., 2016). Les machines à laver représentent également, viales rejets de stations d’épuration, un apport important de microplastiques primaires dans l’environnement aquatique. L’arrivée de fibres synthétiques en STEP semble être 10 fois plus importante que les apports cosmétiques (UNEP, 2016a). Browne et al. (2011) ont montré que le lavage d’un seul vêtement synthétique peut relarguer plus de 1 900 fibres (polyester, acrylique, polyamide). L’apport atmosphérique de fibres synthétiques dans l’environnement aquatiques est également une source de microplastiques primaires non négligeable (Dris et al., 2016). Dris et al.

(2016) ont estimé les retombées atmosphériques entre 2 et 355 fibres.m^-2.jour^-1 dont la proportion de fibres synthétiques atteindrait 29 %. Dans le milieu industriel, la matière première utilisée pour

fabriquer des objets en plastique correspond à des GPI de moins de 5 mm qui se retrouvent dans l’environnement marin suite à des incidents pendant le stockage et au cours du transport (Figure 6, b) (Gregory, 1978; Shiber, 1979). Les microplastiques ont également remplacé le sable lors de nettoyage par sablage (Gregory, 1996) et font partis de la composition de certains abrasifs industriels ou automobiles (UNEP, 2016a).

1.2.La génération de microplastiques secondaires

Les microplastiques retrouvés dans les milieux aquatiques dits secondaires sont issus de la fragmentation/dégradation des macroplastiques déjà présents à l’état de déchet dans l’environnement. La dégradation des polymères correspond à l’altération de leurs propriétés ou de leur structure moléculaire ce qui peut engendrer une fragmentation, contrairement à la minéralisation qui est une dégradation complète des polymères suite à la destruction des chaînes carbonées entrainant leur conversion en de petites molécules de dioxyde de carbone ou de méthane. Très peu de plastiques peuvent être minéralisés dans l’environnement aquatique, les principaux représentants sont certains biopolymères et les polyesters aliphatiques (GESAMP, 2015). La fragmentation des polymères intervient suite à une fragilisation de leur intégrité structurelle et génère des particules de plus petite taille dont les microplastiques (Figure 7) (Browne et al., 2007; Weinstein et al., 2016). La fragmentation est dépendante de la nature des particules et de leur degré de cristallinité. Ce dernier est à l’origine du nombre et de la surface des pores chez les polymères, et influence ainsi leur stabilité en affectant leurs propriétés physiques et leur perméabilité à l’eau (Lambert and Wagner, 2016).

Figure 7 : Microplastiques flottants collectés en rade de Brest.

La photodégradation est la principale cause de dégradation des polymères présents sur les plages ou à la surface de l’eau, et est due àl’exposition aux rayonnements UV (Benítez et al., 2013; Cooper and Corcoran, 2010; Pegram and Andrady, 1989). Ce processus engendre des réactions d’oxydation qui vont initier la destruction des liaisons chimiques C-H de la chaine polymérique et la formation de

radicaux libres. Ces derniers vont réagir avec l’oxygène et former des radicaux peroxyles. La propagation de ces réactions mène à une auto-oxydation à l’origine de la destruction de la chaine polymérique et donc de l’altération de la matrice des polymères (Gewert et al., 2015). La photodégradation engendre d’autres réactions comme la déchloration qui est à l’origine du jaunissement du PVC (Gewert et al., 2015). D’autres polymères (PE, PP, PC) jaunissent également suite à une exposition aux rayonnements ultraviolets (UV) mais les mécanismes restent peu connus. Ce phénomène de jaunissement peut également être dû à la dégradation des additifs présents dans la matrice des polymères, comme les antioxydants phénoliques dont les produits de dégradation contiennent des structures quinoïdes qui peuvent entrainer cette coloration (Endo et al., 2005). La vitesse de photodégradation peut être très variable d’un polymère à un autre de par la complexité de la composition de leur matrice (type de polymère, additif). Elle peut également varier selon les compartiments des systèmes aquatiques, elle peut être relativement rapide pour les polymères présents sur les plages, et moindre dans la zone euphotique de la colonne d’eau. Dans la zone aphotique et donc à faible teneur en oxygène, la dégradation des polymères peut être très ralentie (Ioakeimidis et al.,

2016). La présence d’additifs tels que les antioxydants et les stabilisateurs thermiques et UV rendent les polymères plus résistants à la photodégradation et ralentit le processus (Gewert et al., 2015; Jakubowicz, 2003). De même, le développement d’un biofilm à la surface des polymères réduit les effets de dégradation en les protégeant des rayonnements UV (Weinstein et al., 2016) et/ou en augmentant leur densité les faisant couler hors de la zone euphotique (Gregory and Andrady, 2003; Ye and Andrady, 1991).

Mise à part la photodégradation, d’autres processus sont, dans une moindre mesure, à l’origine de la dégradation des polymères dont la biodégradation (action des microorganismes), l’hydrolyse et enfin l’érosion viades processus mécaniques (Andrady, 2011; Costa et al., 2010; Eich et al., 2015; Shah et al., 2008; Yoshida et al., 2016). Ces dégradations altèrent la structure des polymères en entrainant une diminution de leur poids moléculaire, une perte de l’essentiel de leurs propriétés mécaniques, une altération de leurs propriétés de surface et une modification de leur signature spectrale (GESAMP, 2015).