Des milliards de fragments de plastique flottent en mer, qui provoquent la formation de grandes « plaques de déchets » dans les courants océaniques en rotation appelés gyres subtropicaux. Par conséquent, les impacts sur la vie océanique augmentent et affectent les organismes, des grands mammifères aux bactéries à la base de la chaîne alimentaire océanique. Malgré cette immense accumulation de plastiques en mer, il ne représente que 1 à 2 pour cent des apports de débris plastiques dans l'océan. Le sort de ce plastique manquant et son impact sur la vie marine restent largement inconnus.

Il semble que les photoréactions induites par la lumière du soleil pourraient être un important puits de plastique flottant en mer. La lumière du soleil peut également jouer un rôle dans la réduction des plastiques à des tailles inférieures à celles capturées par les études océaniques. Cette théorie pourrait expliquer en partie comment plus de 98% des plastiques entrant dans les océans disparaissent chaque année. Cependant, direct, les preuves expérimentales de la dégradation photochimique des plastiques marins restent rares.

Une équipe de scientifiques du Harbour Branch Oceanographic Institute de la Florida Atlantic University, L'East China Normal University et la Northeastern University ont mené une étude unique pour aider à élucider le mystère des fragments de plastique manquants en mer. Leurs travaux fournissent de nouvelles informations sur les mécanismes d'élimination et les durées de vie potentielles de quelques microplastiques sélectionnés.

Pour l'étude, publié dans le Journal des Matériaux Dangereux , les chercheurs ont sélectionné des polymères plastiques que l'on trouve principalement à la surface des océans et les ont irradiés à l'aide d'un système de simulateur solaire. Les échantillons ont été irradiés sous une lumière solaire simulée pendant environ deux mois pour capturer la cinétique de dissolution du plastique. Vingt-quatre heures équivalaient à environ un jour solaire d'exposition photochimique dans les eaux de surface du tourbillon océanique subtropical. Pour évaluer la photodégradation physique et chimique de ces plastiques, les chercheurs ont utilisé la microscopie optique, microscopie électronique, et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR).

Les résultats ont montré que la lumière solaire simulée augmentait la quantité de carbone dissous dans l'eau et rendait ces minuscules particules de plastique plus petites. Il s'est également fragmenté, oxydé et altéré la couleur des polymères irradiés. Les taux d'élimination dépendaient de la chimie du polymère. Les solutions de polymères techniques (plastiques recyclés) se sont dégradées plus rapidement que le polypropylène (par exemple les emballages de consommation) et le polyéthylène (par exemple les sacs en plastique, films plastiques, et contenants, y compris les bouteilles), qui étaient les polymères les plus photorésistants étudiés.

Basé sur l'extrapolation linéaire de la perte de masse plastique, les solutions de polymères techniques (2,7 ans) et les échantillons du North Pacific Gyre (2,8 ans) avaient les durées de vie les plus courtes, suivi du polypropylène (4,3 ans), polyéthylène (33 ans), et polyéthylène standard (49 ans), utilisé pour les caisses, plateaux, bouteilles de lait et jus de fruits, et bouchons pour emballages alimentaires.

"Pour les microplastiques les plus photoréactifs comme le polystyrène expansé et le polypropylène, la lumière du soleil peut rapidement éliminer ces polymères des eaux océaniques. Autre, des microplastiques moins photodégradables comme le polyéthylène, peuvent mettre des décennies à des siècles à se dégrader même s'ils restent à la surface de la mer, " a déclaré Shiye Zhao, Doctorat., auteur senior et chercheur post-doctoral travaillant dans le laboratoire de Tracy Mincer, Doctorat., professeur adjoint de biologie/biogéochimie à la Harbour Branch de la FAU et au Harriet L. Wilkes Honors College. "En outre, comme ces plastiques se dissolvent en mer, ils libèrent des composés organiques biologiquement actifs, qui sont mesurés en carbone organique dissous total, un sous-produit majeur de la photodégradation du plastique provoquée par la lumière du soleil."

Zhao et ses collaborateurs ont également vérifié la biolabilité du carbone organique dissous dérivé du plastique sur les microbes marins. Ces matières organiques dissoutes semblent être largement biodégradables et une goutte dans l'océan par rapport au carbone organique dissous marin biolabile naturel. Cependant, certains de ces produits organiques ou leurs co-lixiviats peuvent inhiber l'activité microbienne. Le carbone organique dissous libéré lors de la photodégradation de la plupart des plastiques était facilement utilisé par les bactéries marines.

"Le potentiel que les plastiques libèrent des composés bio-inhibiteurs lors de la photodégradation dans l'océan pourrait avoir un impact sur la productivité et la structure de la communauté microbienne, avec des conséquences inconnues pour la biogéochimie et l'écologie de l'océan, " a déclaré Zhao. " L'un des quatre polymères de notre étude a eu un effet négatif sur les bactéries. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si la libération de composés bio-inhibiteurs à partir de plastiques photodégradants est un phénomène courant ou rare. »

Les échantillons de l'étude comprenaient des microplastiques post-consommation issus de plastiques recyclés comme une bouteille de shampoing et une boîte à lunch jetable (polyéthylène, polypropylène, et polystyrène expansé), ainsi que le polyéthylène standard, et des fragments de plastique collectés dans les eaux de surface du tourbillon du Pacifique Nord. Un total de 480 morceaux nettoyés de chaque type de polymère ont été sélectionnés au hasard, pesés et divisés en deux groupes.