Le plastique est le type de débris le plus courant qui flotte dans les océans du monde. Les vagues et la lumière du soleil en décomposent une grande partie en particules plus petites appelées microplastiques - des fragments de moins de 5 millimètres de diamètre, à peu près la taille d'une graine de sésame.

Pour comprendre comment la pollution par les microplastiques affecte l'océan, les scientifiques doivent savoir combien il y en a et où il s'accumule. La plupart des données sur les concentrations de microplastiques proviennent de navires commerciaux et de recherche qui remorquent des filets à plancton—longs, filets coniques à mailles très fines destinés à la collecte de micro-organismes marins.

Mais le chalutage au filet ne peut échantillonner que de petites zones et peut sous-estimer les véritables concentrations de plastique. Sauf dans les gyres de l'Atlantique Nord et du Pacifique Nord, de vastes zones de rotation des courants océaniques, collecte de débris flottants - les scientifiques ont fait très peu d'échantillonnage pour les microplastiques. Et il y a peu d'informations sur la façon dont les concentrations de ces particules varient au fil du temps.

Pour répondre à ces questions, Madeline Evans, assistante de recherche à l'Université du Michigan, et moi-même avons développé une nouvelle façon de détecter les concentrations de microplastiques depuis l'espace à l'aide du système mondial de navigation par satellite Cyclone de la NASA. CYGNSS est un réseau de huit microsatellites lancé en 2016 pour aider les scientifiques à prédire les ouragans en analysant la vitesse des vents tropicaux. Ils mesurent à quel point le vent rend la surface de l'océan rugueuse, un indicateur dont nous avons réalisé qu'il pourrait également être utilisé pour détecter et suivre de grandes quantités de microplastiques.

À la recherche de zones lisses

La production mondiale annuelle de plastique a augmenté chaque année depuis les années 1950, atteignant 359 millions de tonnes métriques en 2018. Une grande partie se retrouve à ciel ouvert, décharges non contrôlées, où il peut se répandre dans les zones de drainage des rivières et finalement dans les océans du monde.

Les chercheurs ont documenté pour la première fois les débris de plastique dans les océans dans les années 1970. Aujourd'hui, il représente environ 80 à 85 % des déchets marins.

Les radars des satellites CYGNSS sont conçus pour mesurer indirectement les vents au-dessus de l'océan en mesurant la façon dont ils rendent la surface de l'eau rugueuse. Nous savions que lorsqu'il y avait beaucoup de matière flottant dans l'eau, les vents le rendent moins rugueux. Nous avons donc essayé de calculer à quel point des mesures plus lisses indiquaient la surface qu'elle aurait dû l'être si des vents de la même vitesse soufflaient sur une eau claire.

Cette anomalie – la « rugosité manquante » – s'avère fortement corrélée avec la concentration de microplastiques près de la surface de l'océan. En d'autres termes, les zones où les eaux de surface semblent être inhabituellement lisses contiennent fréquemment des concentrations élevées de microplastiques. La douceur pourrait être causée par les microplastiques eux-mêmes, ou peut-être par quelque chose d'autre qui leur est associé.

En combinant toutes les mesures effectuées par les satellites CYGNSS en orbite autour du monde, nous pouvons créer des images globales en accéléré des concentrations de microplastiques océaniques. Nos images identifient facilement la zone de déchets du Grand Pacifique et les régions secondaires à forte concentration de microplastiques dans l'Atlantique Nord et les océans Austral.

Suivi des flux de microplastiques dans le temps

Étant donné que CYGNSS suit constamment la vitesse du vent, cela nous permet de voir comment les concentrations de microplastiques changent au fil du temps. En animant un an d'images, nous avons révélé des variations saisonnières qui n'étaient pas connues auparavant.

Nous avons constaté que les concentrations mondiales de microplastiques ont tendance à culminer dans l'Atlantique Nord et le Pacifique pendant les mois d'été de l'hémisphère nord. Juin et juillet, par exemple, sont les mois de pointe pour le Great Pacific Garbage Patch.

Les concentrations dans l'hémisphère sud culminent pendant les mois d'été de janvier et février. Les concentrations plus faibles pendant l'hiver dans les deux hémisphères sont probablement dues à une combinaison de courants plus forts qui brisent les panaches de microplastiques et d'un mélange vertical accru - l'échange entre les eaux de surface et les eaux plus profondes - qui transporte une partie du microplastique sous la surface.

Cette approche peut également cibler des régions plus petites sur des périodes plus courtes. Par exemple, nous avons examiné des événements épisodiques de sortie des embouchures des fleuves chinois Yangtze et Qiantang où ils se jettent dans la mer de Chine orientale. Ces événements peuvent avoir été associés à des augmentations de l'activité de production industrielle, ou avec des augmentations du taux auquel les gestionnaires ont permis aux rivières de traverser les barrages.

Meilleur ciblage pour les nettoyages

Notre recherche a plusieurs utilisations potentielles. Organisations privées, comme The Ocean Cleanup, une organisation à but non lucratif aux Pays-Bas, et Clewat, une entreprise finlandaise spécialisée dans les technologies propres, utiliser des navires spécialement équipés pour collecter, recycler et éliminer les déchets marins et les débris. Nous avons entamé des conversations avec les deux groupes et espérons éventuellement les aider à déployer leurs flottes plus efficacement.

Notre imagerie spatiale peut également être utilisée pour valider et améliorer les modèles de prédiction numériques qui tentent de suivre la façon dont les microplastiques se déplacent dans les océans en utilisant les modèles de circulation océanique. Les chercheurs développent plusieurs de ces modèles.

Alors que les anomalies de rugosité des océans que nous avons observées sont fortement corrélées avec les concentrations de microplastiques, nos estimations de concentration sont basées sur les corrélations que nous avons observées, pas sur une relation physique connue entre les microplastiques flottants et la rugosité des océans. It could be that the roughness anomalies are caused by something else that is also correlated with the presence of microplastics.

One possibility is surfactants on the ocean surface. These liquid chemical compounds, which are widely used in detergents and other products, move through the oceans in ways similar to microplastics, and they also have a damping effect on wind-driven ocean roughening.

Further study is needed to identify how the smooth areas that we identified occur, and if they are caused indirectly by surfactants, to better understand exactly how their transport mechanisms are related to those of microplastics. But I hope this research can be part of a fundamental change in tracking and managing microplastic pollution.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.