Quiconque a déjà eu du mal à savoir quels objets en plastique ils peuvent ou ne peuvent pas placer dans leur bac de recyclage appréciera la tâche complexe du professeur Rob Hale et de ses étudiants du Virginia Institute of Marine Science de William &Mary.

Hale a commencé à étudier les plastiques dans les années 1990 après que lui et le scientifique marin Mark La Guardia ont découvert des niveaux élevés de retardateurs de flamme dans les poissons de la rivière James. Ils se sont vite rendu compte de ces composés, ajoutés aux plastiques ménagers pour réduire leur inflammabilité, s'échappaient d'une manière ou d'une autre de leurs limites et pénétraient dans l'environnement aquatique.

Des recherches révolutionnaires ultérieures menées par l'équipe de Hale et d'autres ont révélé des niveaux élevés de retardateurs de flamme dans les eaux usées, sites de déchets électroniques, boues d'épuration, sols, sédiments, et poussière intérieure; ainsi que chez les vairons, vers de terre, insectes, oiseaux de proie, calmars des grands fonds et autres organismes. Des recherches connexes, fondées sur des inquiétudes selon lesquelles ces produits chimiques persistent dans l'environnement et ont tendance à s'accumuler dans la chaîne alimentaire, ont révélé des impacts sur la santé de la faune et des humains, et a conduit à des limitations mondiales sur l'utilisation des composés ignifuges les plus gênants.

L'expérience précoce de Hale dans la recherche sur les plastiques a maintenant placé son équipe en position de jouer un rôle de premier plan dans la résolution des préoccupations les plus récentes concernant les plastiques dans l'environnement - l'inquiétude croissante concernant les effets des microplastiques dans l'océan.

Embrasser la complexité

Pour étudier les plastiques et la pollution plastique, Hale dit, « vous devez accepter la complexité - les plastiques ne sont pas qu'une chose. Ce ne sont pas que des bouteilles, ou des sacs, ou étuis pour téléphones portables, ou la mousse de votre canapé."

Hale et son équipe, dont La Guardia, Drew Luellen, Matt Mainor, Ellen Harvey et Kelley Uhlig, étudiante à la maîtrise, avoir analysé des produits en polyéthylène, polyuréthane, chlorure de polyvinyle, polystyrène, polypropylène, polyamides et biopolymères; ce ne sont qu'un sous-ensemble des milliers de variétés de plastique couramment utilisées.

Pour ajouter encore plus de complexité, une seule classe de plastiques peut elle-même contenir plusieurs variantes. Polyéthylène, par exemple, vient dans au moins 11 "saveurs" différentes. De plus, les fabricants infusent les plastiques avec une gamme d'additifs conçus pour améliorer leur utilisation prévue, que ce soit pour la flexibilité, force, durabilité ou d'autres qualités.

En 2013, Hale a reçu des subventions du Marine Debris Program de la NOAA et de l'EPA pour examiner le comportement de quatre types différents de plastique et de leurs additifs dans diverses conditions environnementales.

"Quand nous avons commencé ces projets, " il dit, "Nous pensions que ce serait assez simple - nous allions analyser ce qu'il y a dans les différents polymères, puis testez-les pour les polluants organiques toxiques. Mais nous avons rapidement découvert que la plupart des plastiques sont une boîte noire. Vous ne savez pas ce qu'ils contiennent."

Hale dit que les additifs peuvent également être extrêmement complexes.

"Vous avez des indices sur certains - les coussins en mousse de polyuréthane ont probablement des retardateurs de flamme bromés - mais selon leur âge, les fabricants ont peut-être changé ce qu'ils ont mis, c'est donc une sorte de cible mouvante. Nous avons vu très tôt qu'une partie de la mousse contenait des polybromodiphényléthers, mais il y avait aussi les retardateurs de flamme bromés de nouvelle génération mélangés, et il y avait aussi des retardateurs de flamme à base de phosphate."

Il ajoute que les plastiques « contenaient probablement d'autres produits chimiques qui ne figurent même pas sur notre écran radar. Donc, si vous observez un effet toxicologique après une exposition, vous avez un temps fou pour déterminer quel produit chimique ou mélange en est la cause."

La recherche ne fait que commencer

La conséquence pratique de cette complexité est que la recherche sur les impacts environnementaux de la pollution plastique ne fait que commencer. Meredith Evans, un doctorant étudiant les plastiques dans le laboratoire de Hale, dit, "Beaucoup de gens ne comprennent pas à quel point la recherche pourrait être effectuée dans ce domaine. Nous pourrions travailler dessus pendant des années et des années et continuer à tirer des choses sur lesquelles poser des questions."

Par exemple, Evans souligne une expérience qu'elle a menée dans un cours d'écologie microbienne aquatique récemment offert par le professeur VIMS B.K. Chanson, dans lequel elle a placé différents types de microplastiques - polyéthylène, chlorure de polyvinyle, mousse de polyuréthane et un biopolymère dans les sédiments collectés dans le fond de la baie de Chesapeake.

"J'ai regardé comment les différents types de plastique affectaient la communauté microbienne, " elle dit, « et j'ai vu que certains types réduisaient considérablement les populations microbiennes, ce qui pourrait affecter le traitement des nutriments comme l'azote. Mais si j'avais utilisé un polyéthylène avec différents additifs, mes résultats ont peut-être été très différents. C'est un défi quand nous sommes sur le terrain parce qu'il y a tellement de possibilités pour ce qui pourrait être là-bas."

Une autre question, dit Hale, est de savoir si les résultats d'Evans étaient dus aux additifs dans le plastique, ou au plastique lui-même. "Le diable est dans les détails, " il dit, "de quel PVC s'agit-il, et ce qu'il y a dans le PVC, pourrait en fait contrôler le résultat. »

"Cela surprend toujours les gens, " ajoute Evans, "à quel point il est difficile de déterminer le type de plastique et les différents composés qu'il contient. J'entends souvent 'Tout le plastique est le même, ' mais ce n'est vraiment pas le cas. La complexité en fait un domaine de recherche très intéressant et important."

Directions futures

Avancer, Les plans immédiats de Hale et Evans sont d'étudier la pollution plastique dans deux environnements très éloignés :la côte de l'Alaska et l'île de Sainte-Hélène dans l'Atlantique Sud. D'autres opportunités, dont plusieurs liées aux sites de fabrication et de recyclage électroniques en Chine, se profilent à l'horizon.

Evans prévoit de se rendre en Alaska en juillet, in a collaboration with W&M Professor and Immunologist Patty Zwollo.

"There's a very remote spot that gets a lot of plastics washing in, " says Evans. "It's a unique study site because there are no other pollutants in the area besides plastic, so we can isolate the effects of plastic on that ecosystem. That's really cool."

Hale is already collaborating with colleagues at the Georgia Aquarium in Atlanta to study whale sharks, filter feeders that ingest huge quantities of water to collect plankton and small fish and—in today's ocean—inadvertent bits of floating plastic.

"If the whale sharks are eating microplastics, " says Hale, "one sure way of showing that is to look at their poop. As you might expect, that's not the easiest thing in the world, particularly when you're dealing with a pelagic species that shows up kind of opportunistically."

To surmount that challenge, Hale and his aquarium colleagues hope to collect poop not only in nature but in a much more accessible locale—the tank that holds the aquarium's whale-shark pair.

Doing so offers an additional benefit—the opportunity to further test Hale's notion that ocean microplastics aren't necessarily of greatest concern in terms of human health.

"If you're concerned about toxicological impacts with a contaminant, " says Hale, " it's probably going to occur where the levels are highest. When they make plastics, the additives are present in concentrations up to 10 percent by weight—a ludicrously high number compared to what might be on a bit of microplastic, which is measured in low parts per millions."

The point, il dit, is not that whale sharks or other organisms will experience no ill effects from ingesting microplastics in the ocean. It's that whale sharks in an acrylic-walled aquarium may be exposed to much higher concentrations of flame retardants than their wild cousins—just like people are likely ingesting much higher concentrations of flame retardants from microplastics in household dust than by eating seafood in which these materials might have accumulated. LaGuardia is currently analyzing legacy and emerging flame retardants in household dust in collaboration with University of Cincinnati and NIH.

A realist, Hale recognizes that humans are not going to stop using plastics anytime soon. Global plastic production has increased by more than 600 percent since 1975, and the amount of plastic entering the world's oceans is projected to increase 10-fold by 2025. But he does think there are steps we can take to minimize their environmental impacts.

"We have to re-think how we make, reuse, and dispose of these materials, " says Hale.

A better understanding of the environmental effects of microplastics and their additives is also key.

"Back when I started, " says Hale, "people thought that plastics on the beach just sat there, and if they broke into pieces we didn't have to worry about them anymore. We thought plastics were simple. But now we realize they are not."

"Public concern, " adds Evans, "often focuses on the visible plastic—like a six-pack ring wrapped around a turtle—but microplastics may well be more harmful."

Microplastics exhibit greater surface areas and environmental reactivities than larger plastic pieces and are easily transported, says Hale.

"Their small size allows them to be ingested by many types of organisms—from whales to humans. So for us it is a natural thing to study how water might affect transport and bioavailability from microplastics. That's one of our major goals moving forward."