Voler quelque part au-dessus de la planète, il y a un avion équipé de qualité recherche, ruban adhésif double face à l'extérieur de sa coque. Chaque fois que le pilote fait atterrir l'avion, il retire la bande, le scelle dans un emballage, et le remplace par un nouveau avant qu'il ne reparte. Il envoie ensuite le colis à la Scripps Institution of Oceanography de l'UC San Diego, soins de Dimitri Deheyn, Chercheur associé.

En regardant la bande au microscope, Deheyn voit ce qu'il cherche :des microfibres, collé aux adhésifs.

Les microfibres sont un sous-ensemble de microplastiques, de minuscules morceaux de matériaux à base de pétrole qui se décomposent à partir de morceaux de plastique plus gros ou sont fabriqués à leurs tailles microscopiques :moins de 5 millimètres de diamètre. Les brins de fibre, environ cinq fois plus fins qu'un cheveu humain, sont utilisés dans la fabrication de textiles; ils jettent de nos vêtements pendant l'usure, pendant le lavage et le séchage, couler dans les cours d'eau et dériver dans l'air.

Deheyn travaille avec Robert DeLaurentis (alias Zen Pilot) sur une étude qui analyse la distribution et la concentration mondiales de microfibres. Il dit que la meilleure science implique parfois la technologie la plus simple :dans ce cas, ruban adhésif double face. Pour chaque partie de son vol de 30 étapes du pôle Nord au pôle Sud, DeLaurentis aura un échantillon pour Deheyn.

"Cela pourrait ne pas nous donner de chiffres absolus, mais au moins cela nous donnera un bon indice sur les types de particules trouvées dans l'atmosphère, " a déclaré Deheyn. " Et ce sera la première fois que des échantillons comme celui-ci seront rassemblés dans le monde entier. "

Ces échantillons viendront s'ajouter aux recherches actuelles de Deheyn, qui a découvert des microfibres dans l'Arctique, en Amazonie, dans les parties les plus reculées et les plus profondes de la mer. À peu près partout où il a échantillonné ou a reçu des échantillons.

"Après avoir trouvé des microfibres dans des échantillons d'eau du monde entier, il était clair que l'une des principales voies de contamination devait passer par l'atmosphère, " a déclaré Deheyn. " Mais en tant que biologiste marin habitué à collecter des échantillons sous l'eau, Je ne savais clairement pas comment prélever des échantillons d'air à haute altitude dans le monde entier."

La fin d'une guerre, le début d'une ère

Doctorat Scripps récent. La diplômée Jenni Brandon prélève une carotte de fond marin dans les Scripps Geological Collections. Elle a été prise au large de la Californie du Sud dans le bassin de Santa Barbara. Son contenu représente une tranche d'histoire géologique, sédiments qui remontent à 200 ans.

Brandon a utilisé ce noyau et d'autres dans une étude récente dans laquelle elle a découvert que la quantité de plastique s'accumulant dans l'environnement avait explosé depuis la fin de la Seconde Guerre mondiale. La forte augmentation exponentielle correspond à une augmentation du taux de production de plastique dans le monde et à une augmentation de la population côtière de Californie au cours de la même période. L'équipe de recherche a noté que depuis les années 1940, la quantité de plastiques microscopiques a doublé environ tous les 15 ans.

"La production de plastique est presque parfaitement copiée dans nos archives sédimentaires. Notre amour du plastique est en fait laissé de côté dans nos archives fossiles, " dit Brandon.

L'essor des plastiques à partir de 1945 – alors que le monde se remettait de la guerre – pourrait servir d'indicateur d'une période de l'Anthropocène que les scientifiques ont appelée « la Grande Accélération ». Les scientifiques définissent l'Anthropocène comme l'âge géologique actuel, au cours de laquelle l'activité humaine a été l'influence dominante sur la planète.

Avant la « Grande Accélération, " Les scientifiques ont estimé qu'entre 4,8 et 12,7 millions de tonnes métriques de déchets plastiques pénètrent dans l'océan chaque année. Parce que la quantité de déchets plastiques a tendance à suivre avec la population, Brandon et ses coauteurs prévoient que les zones littorales pourraient supporter un poids disproportionné de cette infusion de plastique alors que la croissance de la population côtière continue de s'accélérer.

L'étude de Brandon est la première du genre en ce qu'elle a examiné l'accumulation de plastique au fil du temps dans un endroit qui a permis aux chercheurs de résoudre la tendance dans les moindres détails, et fait partie de plusieurs qui illustrent à quel point la pollution plastique est omniprésente dans les océans du monde.

Obtenir les bons chiffres

Identifier le début de notre assaut plastique sur l'environnement n'a pas été la seule révélation pour Brandon. Dans une étude distincte, Brandon a trouvé ça gélatineux, les invertébrés marins filtreurs appelés salpes ingèrent des mini-microplastiques; ces morceaux de pollution ultra-minuscules avaient auparavant volé sous le radar des scientifiques.

Bien qu'il ne soit pas surprenant que ces organismes mangent du plastique, Brandon a été surpris par le volume considérable de microplastiques qui manquaient auparavant :environ un million de fois plus qu'on ne le pensait auparavant.

Analyser des échantillons d'eau de mer, Bandon a trouvé certains des plus petits microplastiques dénombrables dans l'eau de mer de surface à des concentrations beaucoup plus élevées que celles mesurées précédemment. Sa méthode a révélé que la méthode traditionnelle de comptage des microplastiques marins manquait probablement des plus petites particules.

En moyenne, Brandon estime que l'océan est contaminé par 8,3 millions de morceaux de mini-microplastiques par mètre cube d'eau. Des études antérieures mesurant de plus gros morceaux de plastique n'ont trouvé que 10 pièces par mètre cube.

Brandon a fait équipe avec le co-auteur Linsey Sala, responsable des collections de la Scripps Pelagic Invertebrate Collection, l'une des plus importantes collections de zooplancton marin au monde qui remonte à 1903. Brandon a disséqué des salpes recueillies au cours de plusieurs années d'expéditions en mer et de réseaux de surveillance à long terme dans le Pacifique Nord.

Sur les 100 salpes Brandon recensées à partir d'échantillons d'eau prélevés en 2009, 2013, 2014, 2015 et 2017, 100 pour cent avaient des mini-microplastiques dans leurs entrailles. Les résultats ont choqué Brandon.

"Je pensais vraiment que certains d'entre eux seraient propres car ils ont un temps de dégagement intestinal relativement rapide, " Brandon a dit, notant que le temps qu'il faut à une salpe pour consommer et déféquer des aliments est de deux à sept heures. En tant que filtreurs, les salpes mangent presque toujours.

Les plastiques dans l'estomac des salpes pourraient remonter la chaîne alimentaire jusqu'aux créatures qui s'en nourrissent, y compris les tortues de mer et les sébastes et crabes royaux pêchés commercialement. Finalement, ces mini-microplastiques pourraient se frayer un chemin chez les humains.

"Personne ne mange de salpes, mais ce n'est pas loin sur la chaîne alimentaire des choses que vous mangez, " a déclaré Brandon.

La MEILLEURE voie à suivre

Attaché par une corde et immergé sous l'eau au large de la jetée de Scripps, les échantillons de plastique se dégradent lentement. Les deux expériences appartiennent à des laboratoires différents, mais font partie des efforts visant à comprendre le même processus :comment les plastiques se dégradent.

D'un côté de la jetée, Deheyn et la chercheuse postdoctorale Sarah-Jeanne Royer surveillent les microfibres à base de pétrole et de cellulose (fibre de bois).

Royer vérifie régulièrement l'état de ces fibres. Chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Deheyn, elle travaille avec l'industrie pour trouver de nouvelles options durables pour les fibres. Cette recherche est établie à travers l'Initiative BEST, une plate-forme fondée par Deheyn qui facilite l'interaction entre l'industrie et le monde universitaire pour fournir un espace de collaboration.

La clé de cette étude était d'acquérir des fibres de matières premières créées à partir de méthodes de traitement chimique populaires 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 autrichien Lenzing. 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 des textiles.

Deheyn n'avait pas initialement prévu d'étudier les microplastiques; il est en fait spécialisé dans la biofluorescence. Mais il a remarqué des matériaux étranges qui brillaient dans ses échantillons. En premier, il pensait que ce n'étaient que des égratignures sur la lentille, mais il en vint à découvrir qu'il s'agissait en fait de microfibres.

L'observation de Deheyn des polluants fluorescents a ouvert de nouvelles opportunités. 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.

La technique, 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 à l'UC San Diego. "Avec de telles technologies, nous pouvons traiter plus facilement des échantillons du monde entier et générer une meilleure compréhension de la distribution des microplastiques."

Deheyn utilise cette technologie pour analyser des échantillons d'eau prélevés sur la jetée Scripps depuis les années 1970. Ces échantillons 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 plastique particulière est devenue perceptible.

De l'autre côté de la jetée, les plastiques post-consommation tels que les bouteilles d'eau et les pots de yaourt accumulent des microbes marins. Ces organismes aident à décomposer les plastiques, et Scripps, l'océanographe biologique Jeff Bowman fait partie d'un groupe qui cherche à comprendre comment, et quels microbes sont les plus importants.

Bowman travaille avec l'Université nationale de San Diego sur le projet CUREing Microbes on Ocean Plastics, un programme qui utilise des expériences de recherche de premier cycle basées sur des cours (CURE) pour centrer l'apprentissage des étudiants sur des problèmes du monde réel. Financé par la National Science Foundation, le programme est axé sur les plastiques, en simulant spécifiquement les débris de plastique dans l'océan et en étudiant les microbes qui les décomposent. Les étudiants font partie de l'équipe de recherche pour aider à répondre aux questions sur les microbes et la dégradation du plastique.

Tous les deux mois depuis un an et demi, une nouvelle classe de l'Université nationale a visité Scripps pour vérifier les plastiques de la jetée. En utilisant ces échantillons, Bowman et d'autres scientifiques leur enseignent la microbiologie marine et les éduquent sur la pollution plastique. Les échantillons et les données que les étudiants collectent au cours de ces sessions sont ensuite intégrés à leurs travaux de cours pour le trimestre.

Les étudiants diplômés du Bowman Lab effectuent plus tard des analyses plus détaillées des échantillons afin de constituer une bibliothèque de séquences génétiques de bactéries qui s'accumulent sur les plastiques océaniques. Ils espèrent en savoir plus sur la capacité de la communauté microbienne marine à dégrader les plastiques, et comment cette compréhension pourrait ensuite être appliquée pour dégrader les plastiques à l'échelle industrielle.

"Les plastiques océaniques sont un énorme défi environnemental, mais aussi présenter une opportunité éducative unique, " a déclaré Bowman. "Les étudiants de premier cycle entendent parler des plastiques océaniques dans les nouvelles et peuvent voir le problème lorsqu'ils visitent les plages locales. Nous pouvons en tirer parti pour mieux comprendre le rôle des microbes dans le système marin, et comment les microbes peuvent faire partie des grandes solutions environnementales de ce siècle."

Malgré l'ampleur des recherches sur ce sujet, les scientifiques soulignent que nous avons encore beaucoup à apprendre sur les effets des microplastiques sur l'environnement, et finalement nous. Compte tenu des gros titres affirmant qu'il y aura bientôt plus de plastique dans l'océan que de poisson, c'est la recherche que la communauté scientifique, et la société en général, a hâte d'explorer.

"Ce n'est que le début de notre compréhension de la" biologie des plastiques ". Ils sont partout, dans l'air que nous respirons, l'eau que nous buvons, la nourriture que nous mangeons, " dit Deheyn. " Alors, nous devons apprendre à vivre avec eux autour de nous et à l'intérieur de nous. Cependant, tandis que les questions scientifiques fondamentales sont travaillées, la question clé en tant que société reste mal abordée :pourquoi continuons-nous à fabriquer des matériaux qui ne se dégradent pas et qui ne cessent de s'accumuler avec tant d'excès qu'ils étouffent nos écosystèmes ?