Les scientifiques de l'UC San Diego s'efforcent de comprendre la dégradation du plastique dans l'océan, particules particulièrement plus petites appelées microplastiques et microfibres apparentées.

Le biologiste marin Dimitri Deheyn, chercheur associé à la Scripps Institution of Oceanography, travaille sur une double approche de ces micromatériaux. Lui et la chercheuse postdoctorale Sarah-Jeanne Royer surveillent les microfibres à travers le monde pour mieux comprendre comment ces fibres pénètrent et se propagent dans l'environnement, tout en s'associant à l'industrie pour identifier des pistes possibles pour limiter la pollution plastique et développer des stratégies de remédiation.

Alors que le coton est une fibre naturelle, la majorité des microfibres sont synthétiques et beaucoup sont à base de pétrole, ce qui en fait une forme de microplastique. En raison de leur capacité à absorber de plus grandes quantités d'eau et de leurs propriétés de liaison chimique uniques, on les retrouve dans de nombreux textiles, y compris les vêtements et les chiffons de nettoyage, et se définissent par leur nature ultrafine (plus fine qu'un brin de soie). Ces fibres se répandent dans l'environnement lors du lavage des textiles et lors de l'usure quotidienne, et deviennent une préoccupation croissante parmi les scientifiques et les environnementalistes.

Deheyn, un expert en lumière biologique, couleur et toxicologie, s'est intéressé à la recherche sur les microfibres après avoir découvert que ces matériaux étaient fluorescents dans les conditions d'imagerie utilisées dans son laboratoire. Deheyn utilise le changement de couleur ou de lumière produit par les organismes comme un indicateur précoce du stress (de la même manière que les gens pâlissent lorsqu'ils commencent à tomber malades), en particulier lors de l'exposition à des polluants conventionnels comme les métaux traces ou les changements environnementaux liés au changement climatique. Ces dernières années, Deheyn a remarqué un nombre croissant de fibres incandescentes dans ses images.

"Quand j'ai vu ces fibres briller en fluorescence dans mes échantillons, ma première réaction a été de nettoyer les lentilles de mon microscope, mais j'ai réalisé que ces fibres faisaient en fait partie de mon échantillon, " a déclaré Deheyn.

Lui et des chercheurs de la Jacobs School of Engineering de l'UC San Diego ont utilisé la fluorescence pour développer une nouvelle technologie permettant de détecter les microplastiques filtrés à partir d'échantillons d'eau.

Le laboratoire de Deheyn s'est concentré sur les plastiques et leurs dérivés. Royer a travaillé pendant quatre ans sur cette question mondiale à l'Université d'Hawaï, où elle a construit de solides collaborations avec des scientifiques, ONG, et la communauté locale. Elle est spécialisée dans les émissions de gaz à effet de serre du plastique dans l'environnement, dégradation plastique, le sort et les voies d'accès des débris marins et la zone de déchets du Pacifique Nord.

La NOAA définit les microplastiques comme toute particule de plastique d'une longueur inférieure à cinq millimètres. Ces minuscules particules résultent de la décomposition de plus gros matériaux plastiques et synthétiques, et inquiètent de plus en plus les responsables de l'environnement et de la santé publique qui s'inquiètent des impacts de la consommation de poisson et d'autres fruits de mer ayant ingéré des microplastiques. Cependant, les chercheurs étudient encore la portée et l'impact de ces particules sur les écosystèmes ainsi que sur les humains.

Une nouvelle technique pour observer les polluants

L'observation de Deheyn des polluants fluorescents a ouvert de nouvelles opportunités. La technique d'observation, développé par Jessica Sandoval, étudiante diplômée en génie, s'appelle l'identifiant automatisé des microplastiques (AMI). Le protocole vise à remplacer le comptage manuel à l'œil par des processus d'automatisation qui identifient les fibres. Les chercheurs imagent d'abord les filtres sous éclairage UV, pour que le plastique soit fluorescent. Sandoval a développé un logiciel pour quantifier la quantité de plastique sur chaque filtre et pour également générer des informations sur les caractéristiques des plastiques à l'aide de la reconnaissance d'images.

"C'est une première étape passionnante, en utilisant des technologies d'automatisation pour aider à la surveillance de ce polluant marin répandu, " dit Sandoval, qui a commencé à développer cette technologie en tant qu'étudiant de premier cycle. "Avec de telles technologies, nous pouvons traiter plus facilement des échantillons du monde entier et générer une meilleure compréhension de la distribution des microplastiques."

Des échantillons du monde entier

Cette technologie a déjà été utilisée par des chercheurs pour analyser des échantillons d'eau du monde entier dans le cadre des efforts de Deheyn pour comprendre la présence mondiale de microfibres. Jusque là, il a découvert que des microfibres peuvent être trouvées dans des échantillons du monde entier, y compris au-dessus du cercle polaire arctique. Cet effort mondial de surveillance les a amenés à s'associer à Greenpeace, le navire Draken Viking Kings, le Club des Jeunes Explorateurs, Aventure Canada, et plusieurs autres initiatives, dont l'expédition "The Swim" de Seeker Media pour collecter des échantillons dans le Pacifique Nord, y compris le North Pacific Garbage Patch qui fera partie de leur prochaine expédition nommée "The VORTEX swim".

"Nous voulons à terme fournir une carte de la distribution de la microfibre dans le monde, afin que les gens – et surtout les gestionnaires des ressources marines – puissent mieux évaluer l'effet de ces minuscules matières synthétiques présentes dans notre alimentation, " a déclaré Deheyn. " Notre espoir est que cela devienne un projet de science citoyenne mondiale, avec l'aide d'AMI et des collaborations de science citoyenne que Royer a construites au cours des dix dernières années."

En plus de mesurer ces micro-textiles à partir de l'eau, air, et des échantillons de sédiments, l'une des caractéristiques du travail de Deheyn et Royer consiste à analyser des échantillons d'eau prélevés sur la jetée Scripps pendant 50 ans. Ces échantillons, collecté pour la première fois dans les années 1970, sont analysés pour la concentration en microfibres afin de déterminer comment les quantités de cette pollution ont changé au fil du temps. Cette recherche montrera également quels types de fibres sont les moins biodégradables, et vers quelle période au cours des 50 dernières années cette pollution est devenue perceptible.

"C'est très excitant d'avoir accès à une collection aussi incroyable d'échantillons d'eau qui ont été collectés au fil des ans à Scripps, " a déclaré Royer. " Cela nous donne une occasion unique de remonter le temps et de vraiment voir le début de la pollution textile mondiale qui est malheureusement si dominante de nos jours. "

Collaborations industrielles

La contrepartie de leur recherche consiste à travailler dans des voies de collaboration parallèles avec l'industrie pour fournir une évaluation indépendante de la recherche sur les microfibres ; par exemple, comprendre comment les fibres et les microfibres se dégradent, et explorer de nouvelles options durables. Grâce à l'initiative BEST, une plate-forme fondée par Deheyn qui facilite l'interaction entre l'industrie et le monde universitaire pour offrir un espace de collaboration, Royer teste actuellement la dégradabilité des fibres cellulosiques par rapport aux fibres synthétiques. La clé ici était d'acquérir des fibres de matière première créées à partir d'un traitement chimique populaire qui pourraient finalement affecter la biodégradabilité des fibres, qui a été mis en œuvre avec succès avec des producteurs de fibres tels que le groupe Lenzing.

Royer teste la biodégradabilité à la fois des fibres cellulosiques brutes et de celles qui ont subi un traitement ultérieur, comme cela se produirait plus loin dans la chaîne d'approvisionnement, grâce à des expériences en laboratoire mais également au large de Scripps Pier. Là, les matériaux fibreux sont soumis à des conditions environnementales marines réelles. Les chercheurs espèrent répondre à deux questions fondamentales :quels matériaux vierges se dégradent dans le milieu marin, et quel processus dans la chaîne d'approvisionnement modifie la dégradation du textile. Pour répondre à la deuxième question, l'équipe travaille en partenariat avec d'autres entreprises de la chaîne de valeur, telles que les producteurs de vêtements d'extérieur, pour des recherches plus approfondies.

Les études de Deheyn et Royer suivent une histoire de recherche sur les plastiques à Scripps. Du 2 au 21 août 2009, un groupe de doctorants et de volontaires de recherche de Scripps s'est embarqué dans une expédition explorant le Pacific Garbage Patch. L'expédition Scripps Environmental Accumulation of Plastic (SEAPLEX) s'est concentrée sur l'accumulation de débris de plastique et son impact sur la vie marine.

Les recherches de l'océanographe biologiste Jenni Brandon ont porté sur la pollution plastique, principalement l'écologie des microplastiques marins, l'étendue spatiale et temporelle de ces microplastiques, et de meilleures façons de les quantifier. Ses études ont examiné la distribution des microplastiques dans le courant de Californie et le tourbillon subtropical du Pacifique Nord, et comment ces plastiques vieillissent et se dégradent avec le temps.

Anela Choy, océanographe biologique et professeur assistant à Scripps, a également rencontré des microplastiques dans ses recherches. Choy étudie les réseaux trophiques dans les profondeurs marines, en utilisant des animaux marins disséqués dans son laboratoire pour en savoir plus sur le mouvement du carbone dans la colonne d'eau. Dans ses dissections, elle a trouvé des plastiques dans le contenu stomacal de poissons qui vivent à des milliers de mètres sous la surface. Sa dernière étude a révélé que les microplastiques sont courants dans toute la colonne d'eau de la baie de Monterey, et sont ingérés par les animaux marins.