Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode basée sur la lumière pour identifier les particules de plastique dans de grands volumes d'eau. Le nouveau système pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre comment les minuscules particules se répartissent profondément dans l'océan.

« L'approche que nous démontrons ouvre la voie à long terme, analyse à l'échelle mondiale des particules marines et des microplastiques à l'aide de grands réseaux de plates-formes d'observation, tels que flotteurs ou planeurs, " a déclaré Tomoko Takahashi, membre de l'équipe de recherche et auteur principal de l'Agence japonaise pour les sciences et technologies marines et terrestres. " De tels réseaux peuvent permettre de suivre les changements dans la distribution et l'abondance des particules d'eau profonde au fil du temps à haute résolution. Ces informations peuvent fournir de nouvelles informations sur la façon dont les microplastiques de particules marines sont distribués dans les grands fonds. »

Dans la revue Applied Optics de l'Optical Society (OSA), les chercheurs rapportent comment ils ont combiné l'imagerie holographique à haute résolution avec les informations chimiques disponibles à partir de la spectroscopie Raman pour créer un sur site, ou sur place, méthode de détection qui pourrait un jour être utilisée pour détecter, identifier et mesurer la distribution des particules trouvées dans l'océan sans aucune préparation ou manipulation d'échantillon.

"Jusque là, il n'a été possible de mesurer la répartition volumique des particules qu'in situ, " dit Takahashi. " Pour comprendre la distribution de types spécifiques de particules, nous devons être capables de résoudre leur forme et leur composition avec une sensibilité suffisante pour détecter seulement quelques particules dans un litre d'eau de mer."

Combiner l'imagerie et l'information spectrale

Aujourd'hui, étudier les particules dans l'océan nécessite généralement de collecter les particules qui se sont accumulées dans un filtre ou un piège, puis de les emmener dans un laboratoire pour analyse. Cela coûte cher car cela nécessite d'envoyer des navires et des véhicules sous-marins sophistiqués dans des zones reculées de l'océan, souvent plusieurs fois sur une période de plusieurs mois ou années. Même à ce moment là, l'approche ne révèle que ce qui se passe à quelques endroits discrets sur une période de temps fixe.

Pour réaliser une surveillance continue, les chercheurs ont développé une configuration de laboratoire compacte dans laquelle un seul faisceau laser a été envoyé à travers un canal d'eau de mer de plusieurs dizaines de centimètres de long. Lorsqu'une particule traverse le canal, il interagit avec la lumière et génère un motif d'interférence optique qui peut être utilisé pour déterminer la forme de la particule avec une haute résolution. Une petite proportion de la lumière interagit également avec la particule au niveau moléculaire, changer la longueur d'onde de la lumière et laisser une empreinte spectrale qui peut être utilisée pour détecter la composition de la particule.

Les chercheurs ont utilisé leur configuration pour la reconnaissance et l'identification chimique de deux types de particules de plastique. Cela a démontré la capacité du système à identifier morphologiquement et chimiquement les particules de plastique dans un grand volume d'eau tout en dépensant peu d'énergie.

Vers des observations à long terme

"Être capable de combiner ces méthodes dans un compact, une configuration à faible consommation d'énergie est importante pour les applications futures de cette méthode de détection utilisant une longue endurance, plates-formes robotiques mobiles dans l'océan, " a déclaré Takahashi. "Notre technique peut également être utilisée pour observer des particules organiques, comme le plancton et les minéraux inorganiques, ce qui peut aider à fournir des informations importantes sur les cycles des nutriments et d'autres produits chimiques dans l'océan."

Pour se rapprocher de leur objectif à long terme d'un système d'observation continue de l'océan, les chercheurs s'efforcent d'augmenter la sensibilité de l'instrument et d'automatiser entièrement l'acquisition et l'analyse des données. Parce que les bandes passantes de communication pour les emplacements éloignés en mer sont trop faibles pour transmettre des images et des spectres bruts, il sera important de déterminer de manière fiable le type de particule au point d'observation afin que seuls les résultats traités doivent être transmis à terre.