Des chercheurs de WHOI ont mené une étude comparant les taux de dégradation de divers matériaux en paille dans des conditions marines, révélant que les options biodégradables comme le diacétate de cellulose (CDA) et les polyhydroxyalcanoates (PHA) se dégradent plus rapidement que les plastiques traditionnels.
Les chercheurs déterminent la durée de vie des pailles commerciales dans l’océan côtier et développent un prototype de paille en bioplastique qui se dégrade encore plus rapidement que le papier.
Une étude WHOI a montré que certaines pailles biodégradables se dégradent jusqu'à 50 % en 16 semaines dans les environnements marins, présentant ainsi une alternative durable aux plastiques traditionnels et contribuant à réduire la pollution des océans.
Les pailles comptent parmi les déchets plastiques les plus répandus sur les côtes. Avec l’augmentation de la production, de la consommation et de l’élimination des produits en plastique, les scientifiques et les fabricants développent des matériaux alternatifs tout aussi efficaces sans aggraver la pollution plastique actuelle de l’environnement.
Mais tous les plastiques ne sont pas créés de la même manière : différents fabricants ont des formulations différentes de polymères de base, comme le polylactique. acide (PLA) et polypropylène (PP) – et additifs chimiques. Cela signifie que différentes formulations de plastique se comportent différemment dans l’environnement et se décomposent dans l’océan à des rythmes différents. Il existe sur le marché de nouveaux matériaux qui s'éloignent des produits dérivés du pétrole, comme le diacétate de cellulose (CDA), un polymère dérivé de la pâte de bois largement utilisé dans les biens de consommation, et les scientifiques de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) ont travaillé quantifier la durée de vie environnementale d'un large éventail de produits en plastique et répondre à la question non résolue : combien de temps les pailles durent-elles dans l'océan ?
Les pailles sont l’une des sources de déchets marins les plus courantes. Les chercheurs affirment que nous ne savons pas exactement combien de temps les plastiques durent dans l’océan, mais que la science soutient l’abandon de l’utilisation de ce matériau. Crédit : Bryan James/©Institution océanographique de Woods Hole
Tests et résultats sur la dégradation de la paille
Dans un nouvel article publié dans ACS Chimie et ingénierie durables, les scientifiques de l'OMSI Collin Ward, Bryan James, Chris Reddy et Yanchen Sun ont comparé différents types de pailles en plastique et en papier pour voir lesquels se dégradent le plus rapidement dans l'océan côtier. Ils se sont associés à des scientifiques de la société de fabrication de bioplastiques Eastman, qui ont financé, contribué en tant que coauteurs et fourni du matériel pour l'étude.
« Nous ne savons pas exactement combien de temps les plastiques durent dans l'océan, c'est pourquoi nous avons conçu des méthodes pour mesurer la vitesse à laquelle ces matériaux se dégradent », a déclaré Ward. « Il s'avère que dans ce cas, certaines pailles en bioplastique se dégradent assez rapidement, ce qui est une bonne nouvelle. »
La dégradation des pailles fabriquées à partir de différents types de matériaux a été observée pendant 16 semaines au laboratoire des systèmes environnementaux de l'OMSI. Les réservoirs dans lesquels les pailles étaient conservées avaient un flux continu d'eau de mer provenant de Martha's Vineyard Sound. Crédit : Rachel Mann/©Institution océanographique de Woods Hole
Développements prometteurs dans le domaine des pailles biodégradables
Leur approche consistait à suspendre huit types différents de pailles dans un réservoir d'eau de mer s'écoulant continuellement de Martha's Vineyard Sound, dans le Massachusetts. Cette méthode contrôlait également la température, l’exposition à la lumière et d’autres variables environnementales pour imiter l’environnement marin naturel. Toutes les pailles ont été surveillées pour détecter tout signe de dégradation pendant 16 semaines et les communautés microbiennes se développant sur les pailles ont été caractérisées.
« Mon intérêt a été de comprendre le devenir, la persistance et la toxicité du plastique et comment nous pouvons utiliser ces informations pour concevoir des matériaux de nouvelle génération qui sont meilleurs pour les humains et la planète », a déclaré James. «Nous avons la capacité unique de pouvoir amener l'environnement océanique sur terre dans nos réservoirs du laboratoire des systèmes environnementaux. Cela nous donne un environnement très contrôlé avec de l’eau de mer naturelle.
Ils ont testé des pailles en CDA, polyhydroxyalcanoates (PHA), papier, PLA et PP. Au cours des semaines où les pailles ont été immergées dans les réservoirs, le CDA, le PHA et les pailles en papier se sont dégradés jusqu'à 50 %, projetant une durée de vie environnementale de 10 à 20 mois dans l'océan côtier. Les pailles PLA et PP ne présentaient aucun signe mesurable de dégradation.
Impact environnemental des matériaux en paille
Les scientifiques ont ensuite comparé deux pailles en CDA, l'une solide et l'autre en mousse, toutes deux fournies par Eastman. La paille fabriquée à partir de mousse de CDA était un prototype pour voir si l'augmentation de la surface accélérerait la décomposition. Ils ont constaté que le taux de dégradation de la paille en mousse était 184 % plus rapide que celui de son homologue solide, ce qui se traduisait par une durée de vie environnementale projetée plus courte que celle des pailles en papier.
« Les aspects uniques de cette paille en mousse sont qu'elle peut avoir une durée de vie plus courte que les pailles en papier, tout en conservant les propriétés dont vous bénéficiez d'une paille en plastique ou en bioplastique », a déclaré James, ce qui en fait une alternative prometteuse aux pailles en plastique conventionnelles. par rapport aux pailles en papier, qui se dégradent rapidement dans l'océan mais gâchent l'expérience utilisateur en devenant détrempées, selon les auteurs.
Perspectives industrielles et environnementales
« Cette étude peut être extrêmement précieuse pour les fabricants de pailles en fournissant des données éclairées et transparentes lors de la sélection d'un matériau pour les pailles. De plus, cela donne l'assurance que les pailles à base de CDA n'ajouteront pas à la pollution plastique persistante, tout en démontrant l'engagement des fabricants de pailles à offrir un produit durable qui réduit les risques pour la vie marine », a déclaré Jeff Carbeck, vice-président d'Eastman. Innovation.
Le défi persistant des plastiques
La science soutient l’abandon des matières plastiques conventionnelles. La pollution plastique nuit aux humains et aux écosystèmes, et l’industrie du plastique contribue à grande échelle au changement climatique, représentant environ 4 à 5 % de toutes les émissions de gaz à effet de serre tout au long de son cycle de vie. Alors que les déchets plastiques sont devenus omniprésents dans la chaîne alimentaire mondiale des océans et des mers au cours des 50 dernières années, il est important d'identifier de nouveaux matériaux issus de sources durables, qui contribuent au passage d'une économie linéaire à une économie circulaire et qui se décomposent s'ils s'infiltrent accidentellement dans l'environnement.
« Même si certains poussent à abandonner le plastique, la réalité est que les plastiques sont là pour rester. Nous essayons d'accepter le fait que ces matériaux seront utilisés par les consommateurs, et nous pourrons alors travailler avec les entreprises pour minimiser leurs impacts en cas de fuite dans l'environnement », a déclaré Ward.
Collaboration pour des solutions durables
« Nous reconnaissons l'importance de tester, de valider et de comprendre la dégradation marine de nos produits à base de CDA, mais nous manquions des ressources nécessaires », a déclaré Carbeck. « Sachant que WHOI possédait l’expertise et les installations, nous nous sommes engagés dans un effort de collaboration pour relever ce défi. Ce partenariat met en valeur la puissance de la collaboration industrie-université pour faire avancer les objectifs communs et avoir un impact positif.
L’équipe de recherche a également découvert que les communautés microbiennes des pailles dégradées étaient uniques à chaque matériau de paille. Cependant, les communautés microbiennes sur les deux pailles non dégradantes étaient les mêmes malgré des structures chimiques très différentes. Cela a fourni une preuve supplémentaire que les microbes indigènes dégradaient les pailles biodégradables, alors que les pailles non biodégradables persistent probablement dans l'océan.
« Notre compréhension des impacts de la pollution plastique sur la santé des océans est vraiment incertaine, et cela revient en grande partie à ne pas connaître le sort à long terme de ces matériaux », a déclaré Ward. Lui et le reste de l’équipe de recherche prévoient de continuer à mesurer la dégradabilité des matières plastiques, dans l’espoir de guider l’industrie vers la prochaine étape.
« Un partenariat avec des fabricants de matériaux présente de nombreux avantages, notamment l'accès à des installations d'analyse, ainsi que des connaissances et un accès à leurs matériaux, que vous n'obtiendrez pas si vous travaillez dans votre propre silo », a déclaré Ward. « Nous essayons d'optimiser leurs produits pour lutter contre la dégradation de l'environnement et, en fin de compte, pour le bien de la planète. »
Points clés à retenir
- Tous les plastiques ne sont pas créés de la même manière et certains durent plus longtemps que d’autres dans l’océan. Les scientifiques de WHOI travaillent depuis des années pour quantifier la durée de vie environnementale d’un large éventail de produits en plastique afin de déterminer lesquels ont la durée de vie la plus courte et la plus longue dans l’océan. Pour déterminer quels plastiques persistent dans l’océan, l’équipe teste différents produits dans de grands réservoirs qui recréent l’environnement océanique naturel. Ils se sont d’abord concentrés sur les pailles, car elles constituent l’une des formes de déchets plastiques les plus répandues lors du nettoyage des plages.
- Les auteurs ont constaté que les pailles fabriquées à partir de diacétate de cellulose (CDA), de polyhydroxyalcanoates (PHA) et de papier se dégradaient jusqu'à 50 % en 16 semaines. Ils possédaient tous des communautés microbiennes uniques qui aidaient à décomposer la matière.
- Un prototype de paille d'Eastman, fabriqué en mousse de CDA, s'est dégradé plus rapidement que le solide, ce qui signifie que la modification de la surface de la paille peut accélérer le processus de dégradation.
- La science soutient l’abandon des plastiques persistants, ce qui rend encore plus important de garantir que les nouveaux matériaux se décomposent s’ils s’échappent dans l’environnement et ne polluent pas davantage l’océan.
