Le monde se noie sous un flot de plastique. Chaque année, huit millions de tonnes de plastique finissent dans les océans. Les sols agricoles sont également menacés par la pollution plastique. Les agriculteurs du monde entier appliquent d'énormes quantités de films de paillis de polyéthylène (PE) sur les sols pour lutter contre les mauvaises herbes, augmenter la température du sol et garder le sol humide, augmentant ainsi les rendements globaux des cultures.

Après la récolte, il est souvent impossible pour les agriculteurs de re-collecter des films entiers, en particulier lorsqu'elles ne font que quelques micromètres d'épaisseur. Les débris de film pénètrent ensuite dans le sol et s'accumulent dans le sol au fil du temps, car le PE ne se biodégrade pas. Les résidus de film dans les sols diminuent la fertilité du sol, interfèrent avec le transport de l'eau et diminuent la croissance des cultures.

Les microbes du sol minéralisent des films composés de polymère alternatif

Des chercheurs de l'ETH Zurich et de l'Institut fédéral suisse des sciences et technologies aquatiques (Eawag) ont maintenant montré dans une étude interdisciplinaire qu'il y a lieu d'être optimiste. Dans leur étude récente, ils démontrent que les microbes du sol dégradent les films composés du polymère alternatif poly(butylène adipate-co-téréphtalate) (PBAT). Leurs travaux viennent d'être publiés dans la revue Avancées scientifiques .

Dans le projet de recherche coordonné par Michael Sander, Kristopher McNeill et Hans-Peter Kohler, Michael Zumstein, ancien doctorant de l'ETH, a réussi à démontrer que les micro-organismes du sol utilisaient métaboliquement le carbone du polymère PBAT à la fois pour la production d'énergie et pour la constitution de biomasse microbienne.

« Cette recherche démontre directement, pour la première fois, que les microorganismes du sol minéralisent les films de PBAT dans les sols et transfèrent le carbone du polymère dans leur biomasse, " dit Michael Sander, Scientifique principal au sein du groupe de chimie environnementale du département des sciences des systèmes environnementaux de l'ETH Zurich.

Comme PE, Le PBAT est un polymère à base de pétrole utilisé pour fabriquer divers produits, y compris les films de paillage. Parce que le PBAT était déjà classé comme biodégradable dans le compost, les chercheurs de l'ETH et de l'Eawag ont cherché à déterminer si le PBAT se biodégrade également dans les sols agricoles. Par comparaison, Le PE ne se biodégrade pas dans le compost ou dans le sol.

Marquage du polymère au carbone-13

Dans leurs expériences, les chercheurs ont utilisé du matériel PBAT qui a été synthétisé sur mesure à partir de monomères pour contenir une quantité définie de l'isotope stable du carbone-13. Ce marqueur isotopique a permis aux scientifiques de suivre le carbone dérivé du polymère le long de différentes voies de biodégradation dans le sol.

Lors de la biodégradation du PBAT, les micro-organismes du sol ont libéré du carbone-13 du polymère.

À l'aide d'équipements d'analyse sensibles aux isotopes, les chercheurs ont découvert que le carbone-13 du PBAT était non seulement converti en dioxyde de carbone (CO2) à la suite de la respiration microbienne, mais également incorporé dans la biomasse des micro-organismes colonisant la surface du polymère.

Véritable biodégradation

"La beauté de notre étude est que nous avons utilisé des isotopes stables pour suivre avec précision le carbone dérivé du PBAT le long de différentes voies de biodégradation du polymère dans le sol, " dit Michael Zumstein.

Les chercheurs sont les premiers à réussir à démontrer, avec une grande rigueur scientifique, qu'une matière plastique est effectivement biodégradée dans les sols. Tous les matériaux qui étaient étiquetés « biodégradables » dans le passé ne remplissaient pas vraiment les critères nécessaires. "Par définition, la biodégradation exige que les microbes utilisent métaboliquement tout le carbone dans les chaînes polymères pour la production d'énergie et la formation de biomasse - comme nous l'avons maintenant démontré pour le PBAT, " dit Hans-Peter Kohler, microbiologiste environnemental à l'Eawag.

La définition souligne que les plastiques biodégradables diffèrent fondamentalement de ceux qui se désintègrent simplement en minuscules particules de plastique, par exemple après exposition du plastique au soleil, mais qui ne se minéralisent pas. « De nombreux matériaux plastiques s'effondrent simplement en de minuscules fragments qui persistent dans l'environnement sous forme de microplastiques, même si ce plastique est invisible à l'œil nu, " dit Kohler.

Dans leur expérience, les chercheurs ont placé 60 grammes de sol dans des bouteilles en verre d'un volume de 0,1 litre chacune et ont ensuite inséré les films PBAT sur un support solide dans le sol.

Après six semaines d'incubation, les scientifiques ont évalué dans quelle mesure les micro-organismes du sol avaient colonisé les surfaces PBAT. Ils ont en outre quantifié la quantité de CO2 qui s'était formée dans les bouteilles d'incubation et la quantité d'isotope carbone-13 contenue dans le CO2. Finalement, mettre en évidence directement l'incorporation du carbone du polymère dans la biomasse de microorganismes sur les surfaces polymères, ils ont collaboré avec des chercheurs de l'Université de Vienne.

À ce stade, les chercheurs ne peuvent pas encore dire avec certitude sur quelle période le PBAT se dégrade dans les sols en milieu naturel étant donné qu'ils ont mené leurs expérimentations en laboratoire, pas sur le terrain. Des études à plus long terme dans différents sols et dans diverses conditions sur le terrain sont désormais nécessaires pour évaluer la biodégradation des films PBAT dans des conditions environnementales réelles.

Trop tôt pour un tout clair

"Malheureusement, il n'y a aucune raison de se réjouir pour l'instant :nous sommes encore loin de résoudre le problème environnemental mondial de la pollution plastique, " dit Sandre, "Mais nous avons fait un premier pas très important vers la biodégradabilité du plastique dans le sol."

À la fois, il met en garde contre les attentes irréalistes concernant la biodégradation des plastiques dans l'environnement :« Comme nous l'avons démontré, il y a de l'espoir pour nos sols sous forme de polymères biodégradables. Les résultats des sols devraient, cependant, pas être directement transférés à d'autres milieux naturels. Par exemple, la biodégradation des polymères dans l'eau de mer pourrait être considérablement plus lente, parce que les conditions y sont différentes, tout comme les communautés microbiennes. »

Nouvel outil créé

Les chercheurs prévoient que leur étude sera remarquée par l'industrie. "Nous avons développé des techniques d'analyse qui ouvrent la porte à l'industrie pour tester l'impact environnemental de leurs produits en plastique, " dit le co-auteur Kristopher McNeill. " Grâce à notre méthode, ils peuvent passer à l'utilisation de matériaux biodégradables dans la production de films de paillis minces au lieu de PE non dégradables, " il ajoute.

Jusque là, seules quelques entreprises chimiques ont commencé à produire et à commercialiser les produits les plus respectueux de l'environnement, mais aussi plus cher, Films PBAT. Parmi celles-ci se trouve la société allemande BASF, qui a soutenu cette étude. « Par rapport au volume total de plastique mis en circulation, les films de paillis biodégradables ne jouent qu'un rôle mineur. Encore, ces produits sont un point de départ important pour diminuer le stress sur les sols agricoles et les protéger de l'accumulation de plastique à long terme, " dit Sandre.

Une option supplémentaire pour réduire le volume de plastique entrant dans les sols agricoles consiste à utiliser des films de paillis plus épais, qui sont également utilisés dans l'agriculture suisse. Ces films peuvent être récupérés après utilisation, puis soit réutilisés, soit éliminés via l'incinération des déchets.