L'accumulation de microplastiques dans l'environnement et dans notre corps est un problème de plus en plus inquiétant. Mais prédire où ces particules omniprésentes s'accumuleront, et donc où les efforts de correction devraient être focalisés, a été difficile en raison des nombreux facteurs qui contribuent à leur dispersion et à leur dépôt.
De nouvelles recherches du MIT montrent qu'un facteur clé pour déterminer où les microparticules sont susceptibles de s'accumuler ont à voir avec la présence de biofilms. Ces couches de biopolymères minces et collantes sont perdues par des micro-organismes et peuvent s'accumuler sur des surfaces, y compris le long des lits de la rivière Sandy ou de la mer.
L'étude a révélé que toutes les autres conditions étant égales, les microparticules sont moins susceptibles de s'accumuler dans des sédiments infusés de biofilms, car s'ils y atterrissent, ils sont plus susceptibles d'être remis en suspension par l'eau qui coule et emportée.
Les résultats en libre accès apparaissent dans le journal Lettres de recherche géophysiquedans un article du MIT Postdoc Hyoungchul Park et professeur de génie civil et environnemental Heidi Nepf.
« Les microplastiques sont certainement dans les nouvelles », dit NEPF, « et nous ne comprenons pas complètement où les points chauds de l'accumulation sont susceptibles d'être. Ce travail donne un peu de conseils » sur certains des facteurs qui peuvent provoquer ces particules, et de petites particules en général, pour s'accumuler à certains endroits.
La plupart des expériences examinant les façons dont les microparticules sont transportées et déposées ont été menées sur du sable nu, dit Park. « Mais dans la nature, il y a beaucoup de micro-organismes, tels que des bactéries, des champignons et des algues, et lorsqu'ils adhèrent au lit de ruisseau, ils génèrent des choses collantes. »
Ces substances sont connues sous le nom de substances polymères extracellulaires, ou EPS, et elles « peuvent affecter considérablement les caractéristiques du lit du canal », dit-il. La nouvelle recherche s'est concentrée sur la détermination exactement de la manière dont ces substances ont affecté le transport des microparticules, y compris les microplastiques.
La recherche impliquait un réservoir d'écoulement avec un fond tapissé de sable fin, et parfois de tubes en plastique verticaux simulant la présence de racines de mangrove. Dans certaines expériences, le lit était composé de sable pur, et dans d'autres, le sable a été mélangé à un matériau biologique pour simuler les biofilms naturels trouvés dans de nombreux environnements de lit de rivière et de mer.
L'eau mélangée avec de minuscules particules en plastique a été pompée à travers le réservoir pendant trois heures, puis la surface du lit a été photographiée sous une lumière ultraviolette qui a provoqué une fluorescence des particules en plastique, permettant une mesure quantitative de leur concentration.
Les résultats ont révélé deux phénomènes différents qui ont affecté la quantité de plastique accumulé sur les différentes surfaces. Immédiatement autour des tiges qui se tenaient pour les racines au-dessus du sol, la turbulence a empêché le dépôt de particules. De plus, à mesure que la quantité de biofilms simulés dans le lit de sédiments augmentait, l'accumulation de particules a également diminué.
Le NEPF et le parc ont conclu que les biofilms remplissaient les espaces entre les grains de sable, laissant moins de place aux microparticules.
« Ces films biologiques remplissent les espaces de pores entre les grains de sédiments », explique Park, « et cela fait les particules déposées – les particules qui atterrissent sur le lit – plus exposées aux forces générées par le flux, ce qui leur facilite la remise en suspension.
« Ce que nous avons constaté, c'est que dans un canal avec les mêmes conditions d'écoulement et la même végétation et le même lit de sable, si l'on est sans EPS et un avec l'EPS, alors celui sans EPS a un taux de dépôt beaucoup plus élevé que celui avec EPS. »
Le NEPF ajoute: « Le biofilm empêche les plastiques de s'accumuler dans le lit car ils ne peuvent pas aller profondément dans le lit. Ils restent juste à la surface, puis ils sont ramassés et déplacés ailleurs.
« Donc, si je renversais une grande quantité de microplastique dans deux rivières, et que l'une avait un fond de sable ou de gravier, et l'un était plus boueux avec plus de biofilm, je m'attendrais à ce que davantage de microplastiques soient conservés dans la rivière sablonneuse ou graveleuse. »
Tout cela est compliqué par d'autres facteurs, tels que la turbulence de l'eau ou la rugosité de la surface inférieure, dit-elle. Mais il fournit une « belle lentille » pour fournir quelques suggestions aux personnes qui essaient d'étudier les impacts des microplastiques dans le domaine.
« Ils essaient de déterminer les types d'habitats dans ces plastiques, ce qui donne un cadre sur la façon dont vous pourriez classer ces habitats », dit-elle. « Il donne des conseils quant à l'endroit où vous devriez aller pour trouver plus de plastiques par rapport à moins. »
Par exemple, suggère Park, dans les écosystèmes de mangrove, les microplastiques peuvent préférentiellement s'accumuler dans les bords extérieurs, qui ont tendance à être sablonneux, tandis que les zones intérieures ont des sédiments avec plus de biofilm. Ainsi, ce travail suggère que « les régions extérieures sablonneuses peuvent être des points chauds potentiels pour l'accumulation microplastique », dit-il, et peut en faire une zone prioritaire pour la surveillance et la protection.
« Il s'agit d'une constatation très pertinente », explique Isabella Schalko, chercheuse à ETH Zurich, qui n'était pas associée à cette recherche.
« Il suggère que des mesures de restauration telles que la regetation ou la promotion de la croissance du biofilm pourraient aider à atténuer l'accumulation microplastique dans les systèmes aquatiques. Il met en évidence le rôle puissant des caractéristiques biologiques et physiques dans la formation des processus de transport de particules. »
