La plupart des particules microplastiques présentes dans l'environnement proviennent de gros morceaux de plastique. Dans une étude à long terme, une équipe de recherche interdisciplinaire de l'Université de Bayreuth a simulé la rapidité avec laquelle le plastique se décompose en fragments sous des influences naturelles. Des tests de laboratoire de haute technologie sur le polystyrène montrent deux phases de dégradation abiotique. Pour commencer, la stabilité du plastique est affaiblie par la photo-oxydation. Ensuite, des fissures se forment et des fragments de plus en plus petits sont libérés dans l'environnement. L'étude, publié dans la revue Sciences et technologies de l'environnement , permet de tirer des conclusions sur d'autres plastiques courants dans l'environnement.

Le polystyrène est un plastique peu coûteux qui est souvent utilisé pour l'emballage et l'isolation thermique, et est donc particulièrement fréquent dans les déchets plastiques. Dans le cadre de leur étude à long terme, les chercheurs de Bayreuth ont combiné pour la première fois des investigations analytiques, qui ont également été réalisées sur des particules de polystyrène au niveau atomique, avec des mesures déterminant le comportement de ces particules sous contrainte mécanique. Sur la base de cela, ils ont développé un modèle de dégradation abiotique, c'est-à-dire la dégradation sans l'influence des organismes vivants.

« Notre étude montre qu'une seule particule de microplastique d'un diamètre de 160 micromètres libère environ 500 particules de l'ordre de 20 micromètres, soit 0,02 millimètre, au cours d'une année et demie d'exposition aux processus naturels d'altération de l'environnement. Heures supplémentaires, ces particules se décomposent à leur tour en fragments de plus en plus petits. Une écocorona peut se former autour de ces minuscules particules, facilitant éventuellement la pénétration dans les cellules des organismes vivants. Cela a été découvert il y a quelques mois par un autre groupe de recherche de Bayreuth, " dit la première auteure Nora Meides, doctorant en chimie macromoléculaire à l'Université de Bayreuth.

Dans l'eau, les particules microplastiques ont été exposées à deux facteurs de stress :un ensoleillement intense et un stress mécanique continu produit par l'agitation. Dans l'environnement réel, la lumière du soleil et le stress mécanique sont en effet les deux principaux facteurs abiotiques qui contribuent à la fragmentation progressive des particules. L'irradiation par la lumière solaire déclenche des processus d'oxydation à la surface des particules. Cette photo-oxydation, en combinaison avec des contraintes mécaniques, a des conséquences importantes. Les chaînes de polystyrène deviennent de plus en plus courtes. Par ailleurs, ils deviennent de plus en plus polaires, c'est-à-dire que des centres de charge sont formés dans les molécules. Dans la deuxième phase, les particules microplastiques commencent à se fragmenter. Ici, les particules se décomposent en fragments de plus en plus petits. A partir d'une seule particule de 160 micromètres, 500 particules filles de moins de 20 micromètres de diamètre sont créées. Au cours de ce processus, des particules nanoplastiques supplémentaires sont formées.

« Nos résultats de recherche constituent une base précieuse pour étudier plus en détail la dégradation abiotique des macro- et microplastiques dans l'environnement, à la fois sur terre et à la surface de l'eau, en utilisant d'autres types de plastique comme exemples. Nous avons été surpris par la vitesse de fragmentation nous-mêmes, ce qui montre à nouveau les risques potentiels qui pourraient émaner du fardeau croissant des plastiques sur l'environnement. Des déchets plastiques particulièrement volumineux, sont, lorsqu'ils sont exposés à la lumière du soleil et à l'abrasion, un réservoir d'apport constant de microplastiques. Ce sont précisément ces minuscules particules, à peine visible à l'œil nu, qui s'étendent aux écosystèmes les plus reculés via diverses voies de transport, " dit Teresa Menzel, doctorat étudiant dans le domaine de l'ingénierie des polymères.

"Le polystyrène étudié dans notre étude à long terme a un squelette à chaîne carbonée, tout comme le polyéthylène et le polypropylène. Il est très probable que le modèle à deux phases que nous avons développé sur le polystyrène puisse être transféré à ces plastiques, " ajoute l'auteur principal Prof. Dr. Jürgen Senker, professeur de chimie inorganique, qui a coordonné les travaux de recherche.

L'étude qui vient d'être publiée est le résultat de l'étroite coopération interdisciplinaire d'un groupe de travail appartenant au Centre de recherche collaboratif DFG « Microplastiques » de l'Université de Bayreuth. Dans cette équipe, scientifiques de la chimie macromoléculaire, chimie inorganique, science de l'ingénieur, et l'écologie animale étudient conjointement la formation et la dégradation des microplastiques. De nombreuses technologies de recherche sont disponibles sur le campus de Bayreuth à cet effet, qui ont été utilisés dans l'étude à long terme :entre autres, Spectroscopie RMN 13C-MAS, spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDX), microscopie électronique à balayage (MEB), et la chromatographie par permeation de gel (GPC).