Microplastique

Les microplastiques sont les petites particules (< 5 mm) de matière plastique dispersées dans l'environnement. Ils sont devenus un sujet de préoccupation car ils s'accumulent dans les sols, les cours d'eau, les lacs et l'environnement marin et certains aliments ; ils ont en quelques décennies contaminé tous les océans et les espèces marines à tous les niveaux de la chaîne alimentaire, d'un pôle à l'autre et jusque dans les grands fonds[3].

Une partie des microplastiques provient de la fragmentation des macrodéchets de plastiques. S'y ajoutent les microbilles qui ont déjà la taille du plancton et peuvent donc être ingérées par de petits animaux (crustacés, escargots aquatiques, moules, huîtres, poissons, etc.).
Petits morceaux de polyéthylène trouvé dans une pâte dentifrice. Des microbilles de polyéthylène ou des microplastiques sont ajoutés par leurs fabricants à certains dentifrices, respectivement comme abrasif de la plaque dentaire et exfoliant de la gencive ; et/ou comme colorant[1].
Paillettes plastiques (Glitter) colorant un vernis à ongles.
« Paillettes » de plastique coloré ou métallisées, introduites dans de nombreux objets décoratifs.
Après le lavage, ces paillettes de plastique finiront dans l’égout et probablement dans un cours d’eau ou la mer.
Tubes de paillettes de plastique coloré et métallisé, non biodégradable.
Rouge à lèvres contenant des micropaillettes métallisées et probablement des microbilles de plastique.
Les bâches plastiques dégradées peuvent être source de microplastiques.
Un grand nombre de jouets en plastique (ou leur morceaux) finissent en mer, et parfois dans l’estomac d'oiseaux marins qui en meurent (albatros notamment, voir ci-dessous).
Micro-plastiques bleus découverts dans un saladier lors du rinçage ; provenant de la partie abrasive de l’éponge synthétique.
Albatros (Phoebastria immutabilis) mort de faim, l'estomac plein de plastique. En raison d'une « fausse satiété » induite par un estomac plein, l'animal cesse de se nourrir. Et les puissants sucs digestifs de son estomac ne peuvent détruire le plastique.
En 2012, 93 % des fulmars boréaux (oiseaux marins migrateurs de la même famille que l'albatros) échoués ou morts sur le littoral de l'Orégon, puis autopsiés, avaient les intestins remplis de plastique. L'un d'entre eux avaient 454 morceaux de plastique dans l'estomac[2]. En 2012, 260 autres espèces marines étaient connues pour mourir de cette façon.

Il peut s'agir de fragments d'objets en plastique ou de microbilles de plastique de plus en plus utilisées par l'industrie et dans les cosmétiques depuis quelques années[4], ou de fibres synthétiques[3] (abondamment retrouvées dans les boues d'épuration qui sont épandues sur les sols[5]).

Leurs impacts (locaux et globaux, immédiats et/ou différés) ne sont étudiés que depuis le début des années 2000 et sont encore mal cernés. Ils ne semblent pas avoir d'effets directs sur la santé humaine, mais ils en ont indirectement (en se dégradant ou via la contamination des océans) et affectent certains animaux.

Un rapport[6] récent (2017) de l'UICN juge urgent de gérer et réduire les macrodéchets plastiques, en sachant que même une gestion totalement efficace ne réglerait que la partie la plus visible du problème[6]. Les appels récents à interdire l'utilisation de microbilles dans les cosmétiques sont bienvenus selon l'UICN, mais ces microbilles ne sont que 2 % de la source des microplastiques primaires visibles. L'UICN appelle donc la R&D des entreprises, l'écoconception et la législation à évoluer pour prendre en compte la production primaire de microplastiques notamment ceux issus du lavage des textiles synthétiques et de l'usure des pneus, invitant les consommateurs à agir en choisissant des tissus naturels plutôt que synthétiques[6]. En 2018, des microplastiques et des produits chimiques persistants sont retrouvés dans presque tous les échantillons de neige et d'eau collectés par Greenpeace en Antarctique, même dans les zones les plus reculées[7]. En 2019, une étude sur un secteur isolé et protégé (Natura 2000), à 1 400 mètres d’altitude, sur le versant français des Pyrénées, a montré le dépôt journalier d'une moyenne de 365 minuscules morceaux de plastique par mètre carré[8].

À l'occasion du quatrième sommet mondial des océans (Bali, ) une campagne mondiale (CleanSeas) a invité les gouvernements et les entreprises à interdire les microplastiques dans les produits cosmétiques, à taxer les sacs en plastique et à limiter l'utilisation d'autres articles jetables. Dix pays se sont alors engagés à agir[9].

Les microplastiques se dégradent en nanoplastiques, invisibles et méconnus[10], mais une étude a déjà en 2014 montré qu'ils inhibent la croissance d'un genre d'algue verte, S. obliquus, ainsi que la reproduction d'un petit crustacé, le Daphnia magna[11].

Éléments de définition

Leur définition varie selon les auteurs et chercheurs.

Pour certains ce sont toutes les particules uniquement composées de plastique et plus petites que 1 mm[12].

D'autres portent la limite de taille à 5 mm[4],[13].

Concernant la limite inférieure de taille, on retient souvent dans cette catégorie toutes les particules d'une taille comparable au neuston (c'est-à-dire captées par un filet à neuston dont les mailles mesurent 333 µm[14].

Les particules nanométriques sont les « nanoplastiques », très difficile à identifier, qui pourraient poser des problèmes sanitaires et environnementaux différents, en raison des propriétés particulières des nanoparticules.

On distingue les microplastiques primaires et secondaires. Ces derniers sont issus de la dégradation de plus grands morceaux de plastiques sous l’effet conjugué de l'oxygène, des UV, de la chaleur, d'actions mécaniques ou de l'activité biologique[15].

Quantités, tendances

Dans le monde, 26 000 Mt de déchets plastiques devraient être générés de 2015 à 2050, dont au moins 45 % ne seront ni recyclés ni incinérés[16].

« Sources » (provenances) et « puits »

Sources

Ces déchets surtout retrouvés dans certains sols (débris de billes de polystyrène expansé ou de bâche de culture), cours d'eau, sédiments[17] et en mer proviennent pour la plupart d'apport terrigènes (80 % environ des plastiques marins sont estimés apportés en mer par les fleuves ou le vent) et pour certains directement apparus dans les eaux marines à partir de la dégradation de filets, fils de pêche en nylon et autres engins de pêche, de toiles et bâches synthétiques, de pelliculages plastiques ou de morceaux d'emballages et objets divers jetés ou perdus en mer, épaves, etc.

La trafic routier, par l'usure des pneumatiques et des freins, crée des microplastiques transportés par l'air, aussi nombreux que les microplastiques transportés par voie aquatique[18].

Les pluies d'orages, les inondations et grands tsunamis sont également source d'apports en mer de grandes quantités de plastiques. Localement l'érosion d'anciens sites d'enfouissement en libère également. Les rotofils et certaines machines à nettoyer le sol (balayeuses…) perdent aussi des fibres ou fragments de plastique.

Une partie importante des fibres synthétiques de moins de 1 mm en suspension dans l'eau et trouvées dans l'estomac de nombreux animaux provient de l'usure ou de la fragmentation des fils synthétiques, de textiles synthétiques et aussi de la dégradation de tissus non-tissés. Ils sont notamment introduits dans l'eau via les lessives domestiques ou industrielles[19]. Il s'agit par exemple de fragments de polyester, de polyéthylène, d'acrylique, d'élastane[20],[21]). Le lavage des vêtements et tissus synthétiques[22] et la conduite sur route, qui use les peintures routières sont deux sources de pollution de l'océan mondial qui avaient été sous-estimées. Ces particules invisibles à l'œil nu constituent en 2017 jusqu’à un tiers (15 à 31 %) des 9,5 millions de tonnes déchets marins en plastique et autres polymères rejetées chaque année, selon un rapport qui a porté sur sept régions géographiques marines (publié le par l'UICN[6]).

Ils sont devenus la première source de microplastiques dans les régions du monde développé bénéficiant d'une gestion efficace des macrodéchets (comme en Amérique du Nord et en Europe)[6]. Les textiles synthétiques sont la principale source primaire de microplastique en Asie, alors qu'il s'agit de la pollution routière par les pneus en Amériques, Europe et Asie centrale[6].

Plus en amont, les produits de soins, dentifrices et maquillages, sont aussi des sources de microplastiques qui sont envoyés via les eaux grises vers les réseaux d'assainissement et se retrouvent en partie dans les boues d'épuration, souvent épandues sur les sols agricoles.

On retrouve des micro/nanoplastiques dans de nombreux aliments. L'un des records semble être les infusions issues de sachets synthétiques. Ainsi le thé infusé à 95 °C dans les sachets « soyeux » synthétique « libère environ 11,6 milliards de microplastiques et 3,1 milliards de nanoplastiques dans une seule tasse de la boisson […] (nylon et téréphtalate de polyéthylène) »[23] ; quantité qui dépasse de plusieurs ordres de grandeur celles trouvées dans d'autres aliments et boissons. Peu d'études ont porté sur les effets de ces particules sur la santé chez l'Humain, mais des daphnies exposées à ces microplastiques nageaient «follement»[24], et des tests de toxicité aiguë faits sur des invertébrés ont conclu que l’exposition aux seules particules libérées par les sachets de thé (pas à la théine) a des effets sur le comportement et le développement (effets de type « dose-dépendant »)[23].

Puits

Les puits « environnementaux » de plastique sont principalement :

  1. les sols, après passage par les égouts, via les boues d'épuration (souvent utilisées comme amendement organique en agriculture)[25]. Selon l'AEPC, à la conférence Micro 2018 sur le devenir et l'impact des microplastiques (Lanzarote, Espagne), à terme le risque est plus élevé pour les milieux terrestres et d'eau douce, que pour les mers. Certains microplastiques ont une demi-vie de plusieurs milliers d'années. L'AEPC doit aussi étudier les risques posés par les plastiques oxodégradables (avis à la Commission[Quoi ?] attendu pour ) ; Certaines pratiques agricoles courantes contribuent elles-mêmes au phénomène[26],[27],[28],[29].
    On manque encore de méthodes analytiques robustes pour isoler et compter ces matériaux dans la matrice du sol, mais les sols agricoles et urbains sont probablement d'importants puits ou réservoirs environnementaux de micro- et nano-plastiques, « peut-être largement plus grands que le réservoir marin »[30]. En outre, « les sols présentent plusieurs voies d'exposition potentielles pour les micro (nano) plastiques pour la santé des organismes et des humains, y compris la contamination des aquifères souterrains »[30] ;
  2. les sédiments ;
  3. les mers fermées et les lacs ;
  4. les océans.

Dans tous les milieux (eau, air, sol) la distribution et l'abondance des microplastiques a augmenté rapidement, globalement et de façon constante depuis deux décennies (y compris dans les animaux (filtreurs notamment)), corrélativement avec l'augmentation de la consommation de plastique dans le monde[4]. On ignore dans quelle mesure ces puits sont définitifs (inclusion dans les futurs substrats géologiques) et dans quelle mesure les embruns, les oiseaux marins, les poissons migrateurs et les animaux pêchés ou chassés par l'homme peuvent les réintroduire dans la chaîne alimentaire humaine, éventuellement sous forme de « nanoplastiques » très difficiles à détecter.

Processus de fragmentation

On distingue des « microplastiques primaires » et « secondaires ». Les matières et matériaux secondaires se forment dans l'environnement à la suite des ruptures et dégradations des premiers, notamment en mer où une dégradation photochimique activée par les UV solaires (UV-B en particulier). Le mouvement des vagues et les oxydants font que les plastiques flottants ou en suspension dans l'eau près de la surface libèrent rapidement diverses molécules organiques dans l'eau ; ceci est démontré au moins pour le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène et le polytéréphtalate d'éthylène qui dès après quelques jours à la lumière UV dans l'eau libèrent des molécules de bas poids moléculaire avec des groupes terminaux oxydés, supposées être des produits de scission de chaîne provenant de la dégradation des polymères de matières plastiques. En 2018, on a identifié en laboratoire 22 de ces produits de dégradation libérés par ces quatre types de plastiques ; ce sont surtout des acides dicarboxyliques[31]. Dans le même temps, plus ou moins vite selon les contextes, ils se brisent en fragments de plus en plus petits[4]. Même des plastiques très denses et durs, et chimiquement traités contre les UV par ajout d'additifs à base de plomb ou cadmium (jusqu'à 50 % du poids de certaines menuiseries PVC) ne résistent pas longtemps à l'abrasion lorsqu'ils sont roulés par les vagues dans les galets ou sur les plages de sable ou gravier.

Éléments de classification

Il n'y a pas encore de classification standardisée, mais ces « microplastiques » peuvent être classés :

  • selon leurs usages originaux ;
  • selon leur taille : de 5 à 1 000 µm (1 mm), typiquement ; et généralement 10 à 150 µm pour les cosmétiques[32] ;
  • selon leur densité (qui fera qu'ils couleront, flotteront (microbilles expansées) ou voyageront entre deux eaux) ;
  • selon leur matériau (type de polymère qui les compose) ;
  • selon leur forme (bille lisse ou rugueuse, plaque, fil, forme d'aiguille, filiforme, anguleuse ou douce, etc.) ;
  • selon leur structure (homogène, pleine ou creuse. On trouve de plus en plus de microbilles creuses, très légères car contenant à l'origine un gaz (isobutane, isopentane ou de l’air)[32]) qui en font un thermoplastique expansible (ex. : microsphères thermoplastiques expansibles Expancel produites par le groupe industriel Kemanord Plast) ; susceptibles d'être retrouvées dans certains produits cosmétiques (ex. : billes de 100 à 250 µm brevetées comme agent exfoliant par L'Oréal[32]) ;
  • selon certaines de leurs propriétés vis-à-vis de l'eau (hydrophobes ou hydrofuges, polymères hydratés ou secs[32]) ;
  • selon ce qu'ils contiennent (colorant, métaux, métalloïdes et autres additifs) ;
  • selon qu'ils aient ou non fait l'objet d'un traitement de surface (coating) ;
  • selon certaines propriétés spéciales (magnétiques, élastique, etc.).

Composition chimique

Ils sont faits de monomères polymérisés.

Les monomères : ils sont généralement dérivés du pétrole, mais peuvent aussi l'être du gaz naturel ou potentiellement du charbon (via la carbochimie)[33],[34],[35].

Les microplastiques primaires : ils sont en 2014 abondamment présents dans de nombreux produits. Dans les produits cosmétiques, il s'agit presque toujours de polyéthylène pur, de polyisotéréphtalate d'éthylène ou de polytéréphtalate d'éthylène (autorisés par la FDA pour le contact alimentaire, et ne contenant pas de phtalates contrairement à ce que leur nom invite à penser). Plus rarement, il s'agit d'acrylonitrile ou de chlorure de vinylidène, et contenant parfois des traces de métaux lourds ou des dérivés de chlorure de vinylidène et d'acrylonitrile ou de monomères d'acrylique (ex. : acrylate de méthyle ou acrylate d'éthyle ou méthacrylate) ou de monomères de styrène (ex. : α-méthylstyrène ou styrène simple[32]).

Les microbilles de plastique creuses, expansées ou expansives contiennent un gaz (hydrocarbure ou air en général).

Certaines (paillettes colorées, composites, ou métallisées notamment) contiennent des métaux, des métalloïdes et/ou divers additifs.

Certaines ont subi un traitement de surface (leur donnant un aspect nacré par exemple), ou contiennent des additifs techniques dans leur masse.

Les plastiques souples (et donc leurs fragments) contiennent souvent des phtalates.

Usages originels

les microplastiques sont originellement conçus et fabriqués pour répondre à certaines fonctions, par exemple :

  • des abrasifs industriels ;
  • des exfoliants (cosmétiques) ;
  • des précurseurs pour la plasturgie (pellets dits de résine ou larmes de sirène) ;
  • des charges (ex. : billes de polystyrène expansé ajoutées à la terre par les horticulteurs, microbilles ajoutées à d'autres matériaux plastiques ou aux cosmétiques pour les alléger, les texturer) ;
  • des microbilles creuses isolantes, ou élastiques et amortissant les chocs, etc.

Prise de conscience
Prédiction modélisée (publiée en 2014) de densité de comptage global de microplastiques pour 4 classes de taille(0,33–1,00 mm, 1,01–4,75 mm, 4,76–200 mm et> 200 mm)[36].
Masse modélisée de microplastiques océanique (publiée en 2014) pour 4 classes de taille (0,33–1,00 mm, 1,01–4,75 mm, 4,76–200 mm et> 200 mm)[36]

En 1980, des chercheurs de l'université d'Alaska s'inquiètent du fait que l'estomac d'un nombre croissant d'oiseaux morts en Alaska contient du plastique. Une première étude rétrospective conclut que 58 % des cadavres ramassés entre 1969 et 1977 avaient mangé des objets en plastique ou des fragments de plastique.

Les décennies suivantes (surtout depuis les années 1990), divers navigateurs, scientifiques, associatifs, cinéastes et médias ont d'abord ponctuellement attiré l'attention sur des phénomènes d'accumulation de macroplastiques, puis de microplastiques sur les berges, plages et fond de divers milieux sur la planète, même loin des zones habitées et industrielles. Dans les années 2000, plusieurs articles scientifiques et de presse alertent quant aux enjeux émergents et à la dimension planétaire du problème[37].

Du 9 au , à l'université de Washington, se tient un atelier international de recherche sur les effets et devenir des débris marins de microplastiques. Les scientifiques y conviennent unanimement que l'accumulation constatée de microplastiques dans les eaux marines est préoccupante, notamment en raison :

  • d'une présence croissante et de mieux en mieux documentée de microplastiques dans le milieu marin ;
  • de longs temps de séjour de ces particules (et donc d'une probable accumulation de particules de plus en plus petites, éventuellement capables d'adsorber des quantités significatives d'autres polluants ou d'en désorber) ;
  • de leur ingestion démontrée par de nombreux organismes marins.

Jusqu'alors, la recherche avait surtout porté sur les macrodéchets flottants ou échoués de plastique, et il était déjà largement reconnu que de nombreux animaux mourraient par suffocation piégés dans des enchevêtrement de filets et débris flottants ou entre deux-eaux, ainsi qu'à la suite de l'ingestion de sacs plastiques ou d'objets en plastique qui ont souvent conduit à la mort et à des échouages. Ces faits ont notamment été démontrés par des autopsies ou par l'examen de cadavres.

Puis des microplastiques plus discrets (< 5 mm ou < 1 mm) mais nombreux ont été trouvés dans les tractus digestifs d'un nombre croissant d'animaux se nourrissant en filtrant l'eau tels que des vers arénicoles (Arenicola marina), les moules, huîtres et certains escargots aquatiques, des crustacés (crabes, crevettes, langoustines, etc.) mais aussi des poissons, des oiseaux, et des mammifères marins, montrant que tout le réseau trophique est concerné, ainsi donc qu'une partie de la chaîne alimentaire humaine, ce qui a soulevé de sérieuses inquiétudes chez les scientifiques, pêcheurs, associations environnementales et de nombreux citoyens.

Dans l'alimentation humaine

Selon un rapport commandé par le WWF à l'université de Newcastle (Australie), et publié en 2019, un individu moyen pourrait ingérer jusqu'à cinq grammes de plastique chaque semaine, dont 90% dans l'eau de consommation (du robinet ou en bouteille) et 9% dans les fruits de mer[38].

Le poisson et les fruits de mer sont une source importante de protéines pour les humains (6,1 % des protéines alimentaires dans le monde en 2007[39]). Les microplastiques ingérés par les poissons, moules crustacés sont consommés par l'homme qui est situé en fin de réseau trophique.

En 2015, une étude faite à l'université d'État de New York a échantillonné 18 espèces de poissons : toutes contenaient des microplastique dans leur appareil digestif, sous forme de fibres[40]. Il est prouvé que des particules et fibres plastique s'associent chimiquement des métaux, métalloïdes, polychlorobiphényles et à d'autres toxiques lors de leur séjour dans les égouts, stations d'épuration, boues d'épuration, sédiments, cours d'eau, estuaires et mer. Ce complexe de micropolluants peut contaminer le poisson, et indirectement l'Homme[40].

Un citoyen moyen est exposé aux microplastiques dans divers types d'aliments d'un régime alimentaire normal (dans le sel de table par exemple) où des chercheurs chinois ont trouvé des microplastiques (dans trois types de sels vendus en supermarchés) : le sel de mer en contient le plus mais il y en avait aussi dans le sel de lac et même de mines de sel[41]. De même le sel de mer et le sel gemme vendus en Espagne comme sel de table en contiennent aussi (principalement du polytéréphtalate d'éthylène (PET) dans les deux études)[42].

La bioaccumulation dans la chaîne alimentaire par les moules (organismes filtreurs) est étudiée via des échantillons représentatifs pour l'Angleterre. Conclusion : un Anglais moyen ingérerait 123 morceaux de plastique par an, rien qu'en mangeant des moules[43].

Un consommateur moyen mangerait ainsi 4 620 particules de plastique par an dans les pays où la consommation de mollusques et de crustacés est plus élevée[43]. Selon cette étude, l'humain est — en moyenne — cependant bien plus exposé aux microplastiques dans la poussière domestique qui contamine nos aliments (ou que nous inhalons et ingérons) qu'en mangeant des moules[43].

Le régime alimentaire américain a été étudié à partir de 26 études (soit plus de 3 600 échantillons traités, pour un régime alimentaire constitué des aliments couramment consommés et à l'apport quotidien recommandé. L'étude évalue aussi le potentiel d'inhalation de microplastiques et l'influence potentielle de l'eau de boisson[44]. Résultats : pour 15 % environ de l’apport calorique des Américains évalué, l'étude estime que 39 000 à 52 000 particules sont avalées par an par un tel Américain (selon l’âge et le sexe). L'estimation passe de 74 000 à 121 000 fragments par an si l’inhalation est aussi prise en compte[44]. En buvant la quantité d'eau recommandée sous forme d'eau embouteillée, ce sont 90 000 microplastiques supplémentaires avalés chaque année (contre 4 000 pour ceux qui ne consomment que de l'eau du robinet). Les auteurs précisent que « ces estimations sont sujettes à de grandes variations, mais que compte tenu des limites méthodologiques et des données disponibles, ces valeurs sont probablement sous-estimées »[44].

Enjeux de connaissances

La connaissance, la classification, le suivi et l'évaluation scientifiques des microplastiques représentent des enjeux en soi. En effet, ils possèdent des formes, natures et tailles très différentes, évoluent dans le temps (différemment selon qu'ils sont biodégradables ou non) et leur comportement varie fortement selon les contextes. En 2019, des chercheurs ont recommandé de s'inspirer des progrès réalisés dans l'étude des conséquences du noir de carbone sur l'environnement afin d'étudier plus efficacement les microplastiques et leurs incidences. Cette approche permettrait de gagner en rapidité dans leur observation par rapport à celles réalisées dans le passé d'autres polluants omniprésents comme le noir de carbone justement, qui présente selon eux beaucoup de similitudes avec les microplastiques[45].

Enjeux sanitaires

Les effets directs et indirects de l'ingestion de ces microplastiques sur la santé sont encore inconnus[4], cependant la libération spontanée de bisphénol A (perturbateur endocrinien) par certains plastiques suggère une part de responsabilité des microplastiques dans l'infertilité ainsi que certains troubles du développement grandissant chez la population. En raison de leur taille, les microplastiques sont plus biodisponibles. Ils sont par exemple ingérables par des détrivores ou des planctophages[15].

La principale préoccupation sanitaire pour l'homme a d'abord porté sur les colorants, additifs et molécules chimiques toxiques et cancérigènes ou mutagènes utilisés pour fabriquer nombre de ces plastiques ; on a ensuite aussi pensé et montré que les microplastiques peuvent servir de support et vecteur pour des toxiques (métaux et métalloïdes notamment) ainsi que des biofilms incluant potentiellement des agents pathogènes[46].

Des craintes concernent les femmes en âge de procréer et le fœtus (risque de malformations congénitales dont anomalies de distance anogénitale, micropénis ou non descente testiculaire[47], à la suite de l'exposition aux phtalates et aux métabolites du DEHP connus pour interférer avec le développement de l'appareil reproducteur masculin).

Le BPA (ingrédient chimique durcisseur des plastique) est aussi connu pour causer un large éventail de troubles y compris à faible dose (maladies cardiovasculaires, diabète de type 2 et anomalies des enzymes hépatiques notamment)[47]. Bien que ces effets aient été biens étudiés, il est encore utilisés dans le polyester et donc présent dans les milliards de fibres synthétiques libérés dans l'environnement par les vêtements et tissus polyester.

Le tétrabromobisphénol A (TBBPA), autre ingrédient dangereux des plastiques, est utilisé comme retardateur de flamme, notamment dans les microcircuits. Il perturbe l'équilibre des hormones thyroïdiennes, de la fonction hypophysaire et est source d'infertilité[48].

Enjeux écologiques

En 2017, une étude a montré[49] que ce n’est pas accidentellement, mais volontairement que de nombreux poissons ingèrent des microdébris de plastiques perdus en mer[50]. Les poissons n’ont pas ce comportement face à des plastiques encore « propres ». Ce comportement peut aller jusqu’à entraîner leur mort, mais plus souvent se limite à des intoxications ou à une bioaccumulation de polluants divers issus du plastique ou adsorbé à sa surface. Il est source de risque pour les consommateurs de poissons.

Explication : les microdébris flottant dans l’océan ou entre deux-eaux se couvrent rapidement d'un périphyton (biofilm d’algues et bactéries et de microorganismes fixés, et parfois d’œufs de divers organismes. Ces microplastiques ont alors pour les poissons planctonivores le goût ou l’« odeur » de leur nourriture. Il en va de même pour des déchets plus gros (trouvés en abondance dans l’estomac d’albatros morts). À ce jour, ce phénomène a été constaté pour au moins cinquante espèces de poissons un peu partout dans le monde. Science Advances a publié en 2017 une étude évaluant à 8,3 milliards de tonnes la quantité de plastique produite de 1950 et 2015, qui aurait engendré 6,3 milliards de tonnes de déchets (dont 9 % sont recyclés seulement). Plus de 8 millions de tonnes de déchets plastiques finissent annuellement en mer.

Effets de l'ingestion de microplastiques par des organismes marins

Du point de vue vétérinaire et écosystémique et chez les animaux supérieurs (marins ou semi-aquatiques, ou prédateurs d'animaux ayant consommé du plastique) les effets connus et possibles sont notamment :

  • le blocage physique de la fonction digestive ou de certains organes de l'appareil digestif (c'est une cause fréquente de mortalité chez les grands oiseaux marins) ; certains animaux cessent de manger et meurent en raison d'une « fausse satiété » sensation trompeuse causée par le fait que l'estomac est rempli d'objets en plastique que les sucs digestifs ne peuvent détruire ; chez la moule, les petites particules passent du système branchial ou digestif au système circulatoire[51] ;
  • une modification de la densité et de la qualité des excréments du zooplancton (qui ingèrent facilement des microplastiques dès que les grains mesurent moins de 1 mm). Or les granulés fécaux du zooplancton sont un aliment pour d'autres organismes marins. Ils jouent un rôle dans le cyclage des éléments via les flux verticaux de la matière organiques particulaires (pompe biologique). Les granulés fécaux émis par le zooplancton véhiculent des microplastiques, dont vers le biote détritivore et coprophage, ce qui a été démontré chez le copépode Calanus helgolandicus. Un phénomène de bioturbation et de bioconcentration apparait alors. Le taux de chute des excréments planctoniques vers le fond peut diminuer, alors que la fragmentation des microplastiques augmente[52] ;
  • intoxication chronique, à la suite de la désorption d'additifs chimiques du plastique, ou de substances toxiques préalablement adsorbées à la surface du plastique durant son trajet dans l'environnement ;
  • perturbation de l'écosystème par les « radeaux » de plastiques non biodégradables, capables de traverser des océans en quelques mois ou d'y subsister durant des années ou décennies. Il a été démontré qu'ils peuvent servir de support pour la dispersion d'espèces exotiques, éventuellement susceptibles de devenir invasive dans leur lieu d'arrivée[53]. Or les phénomènes d'invasion biologique sont maintenant reconnus comme étant l'une des cinq grandes causes d'effondrement de la biodiversité, mettant notamment en danger la biodiversité marine dans le monde. Environ la moitié de la matière plastique introduite dans le milieu marin est susceptible d'être durant un certain temps en mouvement, puis des objets de taille moyenne peuvent être alourdis par l'encrassement biologique et notamment par la croissance de coquillages fixés. Ils peuvent alors couler et rejoindre le fond (avec les goudrons et autres polluants qu'ils auront éventuellement adsorbés).

En , deux chercheurs suédois de l'Université d'Uppsala[54] ont publié un article de recherche dans la revue Science où il prétendaient avoir établi des modifications comportementales et une diminution des aptitudes physiques de certains poissons aux étapes précoces de leur vie dans la présence des microplastiques ; l'article a été par la suite rétracté, et les auteurs accusés de fraude scientifique[55],[56].

Les microplastiques comme support de polluants organiques persistants (POP)

Plus un plastique est poreux, fendu, pelliculé ou fragmenté, plus sa surface développée grandit, et plus il peut interagir avec son environnement, et en particulier absorber ou relarguer des composants présents dans son environnement.

Les nappes d'hydrocarbures (issues de marées noires, de dégazage, ou de fuites d'installations pétrolières ou gazières offshore) sont nombreuses en mer. Les plastiques flottants peuvent ainsi adsorber des hydrocarbures et encore plus facilement adsorber d'autres polluants organiques persistants[57] tels que les polychlorobiphényles (PCB), dioxines et composés de type DDT.

Les effets de l'ingestion chronique de microplastiques ainsi « pollués » sont encore inconnus[58], mais plusieurs études suggèrent qu'il existe là une porte d'entrée potentielle vers le réseau trophique. Parmi les sujets de préoccupation figurent les métaux et additifs chimiques ajoutés à certains plastiques lors de leur fabrication, dont on peut penser qu'ils seront d'autant plus facilement relargués que le plastique sera fragmenté, et en présence de sucs digestifs acides, pouvant alors avoir des effets délétères sur les organismes et éventuellement indirectement sur le réseau trophique, les réseaux écologiques et les écosystèmes, via des effets toxiques connus (pour le plomb par exemple) ou encore mal compris à de très faibles doses (perturbation endocrinienne pouvant notamment induire des changements de sexe (imposex) et/ou affecter les capacités de reproductive de nombreuses espèces, y compris humaine[59]).

Aux niveaux actuels de concentration dans l'océan ouvert, les microplastiques semblent peu susceptibles de constituer un réservoir géochimique de POP majeur à échelle mondiale, mais leur présence augmente rapidement, et leur rôle à des échelles régionales (dans les soupes de plastique accumulées dans les grands gyres océaniques, ou en aval de zones polluées) est jugé préoccupant.

Ils peuvent notamment jouer un rôle de support mobile et de réservoir de polluants, en particulier à proximité ou en aval de certains fleuves et canaux, dans certaines lagunes et partout en aval des rejets des grandes zones industrielles et des méga-villes ou en aval de territoires agricoles utilisant beaucoup de bâches plastiques ou toiles de non-tissés. De premières cartographies du risque ont été récemment publiées sur la base de modèles courantologiques mathématiques.

Exemples de POP détectés dans l'océan et susceptibles de s'adsorber sur des microplastiques (liste incomplète) :

Produits issus de la chimie organique de synthèse, détectés dans l'océan
NomEffets sanitaires principaux
Aldicarbe (Temik)Hautement toxique pour le système nerveux.
BenzèneProvoque des dégâts aux chromosomes, des leucémies, anémie et désordres du systèmes sanguin.
Chlorure de vinyleDégâts au foie, reins et poumons, problèmes cardiovasculaires et gastrointestinaux ; cancérigène et mutagène suspecté.
ChloroformeDégâts sur le foie et les reins ; cancérigène suspecté.
DioxinesCancérigènes et mutagènes, et effets dermatologiques.
Dibromure d'éthylène (EDB)Cancer et stérilité masculine.
Polychlorobiphényles (PCB)Dégâts au foie, reins et poumons, etc.
Tétrachlorure de carboneCancérigène, et affecte le foie, les reins, les poumons et le système nerveux central.
Trichloroéthylène (TCE)À haute dose, endommage le foie, les reins, le système nerveux central et la peau. Cancérigène et mutagène suspecté.

Dans l'air et dans l'environnement
Exemples de microplastiques trouvés dans les sédiments des fleuves Elbe (A), Moselle (B), Neckar (C) et Rhin (D), aux formes de filaments, fragments et sphères, avec aussi du papier d'aluminium (C) des microsphères de verre et du sable (D) marqués par les flèches blanches.
Trait blanc = 1 mm

Notamment dans le zones où les microplastiques sont soumis à l'abrasion[60], ils finissent par produire des particules encore plus fines (nanoplastiques[61]) l'air, l'eau et les sols sont contaminés par ces artéfacts dont les effets ne semblent pas encore avoir été scientifiquement explorés quand ils sont présents dans nos aliments [62] ou dans l'air notamment[63] ou l'air que nous inhalons[64].

Des particules et fibres (notamment issues du lavage et de l'usure des vêtements)[65], souvent invisibles à l’œil nu sont notamment issues de l'usure des peintures marines, des marquages routiers et de millions de pneus en caoutchouc synthétique s'usant au contact des routes, classées parmi les micro- et nanoplastiques. Elles parcourent le monde comme dans un cycle biogéochimique, dans ce que certains appellent la planisphère[66]. Le compartiment atmosphérique de cette plastisphère commence à être modélisé, montrant que les routes en sont la source dominante dans l'ouest des États-Unis, devant les émissions marines, agricoles et les poussières générées sous le vent des aires peuplées. La production de plastique continue dans les années 2020 à augmenter (∼ +4%/an)[64] et les véhicules électriques (car plus lourds) pourraient aggraver cette pollution.

En 2019, S. Allen et al. dans Nature Geoscience[67], puis en 2020 J. Brahney et al. dans la revue Science[68] ont montré un transport via l'air, à partir des zones de production de microplastiques vers des endroits très éloignés sur la planète. On se demande où passe une partie manquante des inventaires du plastique océanique ; des observations in situ combinées aux modélisations atmosphériques faites pour l'ouest des États-Unis suggèrent que les microplastiques atmosphériques y sont principalement dérivés de sources de réémission secondaires que sont les routes (84 %), l'océan (11 %) et la poussière du sol agricole (5 %)[69]. La plupart des continents semblent être des « importateurs nets de plastiques du milieu marin, soulignant le rôle cumulatif de la pollution héritée dans la charge atmosphérique du plastique »[69]. Comme dans les cycles biogéochimiques mondiaux, « les plastiques tournent désormais en spirale autour du globe avec des temps de résidence atmosphérique, océanique, cryosphérique et terrestre distincts »[69]. Malgré une amélioration de la (bio)dégradabilité de nombreux polymères plastiques, ceux qui sont non biodégradables vont longtemps continuer de circuler dans les systèmes terrestres[69]. En 2021, des incertitudes subsistent encore pour l'évaluation de la durée du transport, des dépôts et de l'attribution des sources de microplastiques[69], ou encore du degré de l'exposition des humains[70]. Des études cherchent à comprendre le cycle du plastique dans les sol (et les réenvols possibles avec la poussière)[71], montrant des interactions négatives avec le cycle du carbone, via des perturbations les flux de gaz à effet de serre (dioxyde de carbone et protoxyde d'azote au moins)[72] et peut être méthane. Les flux globaux de CO2 augmentant en présence de microplastiques, alors que ceux de protoxyde d'azote diminuent (tendance aggravée par l'ajout d'urée)[72].

Les écosystèmes en sont partout victimes : des morceaux de plastiques sont retrouvés dans les systèmes digestifs de presque tous les grands animaux marins et des coquillages filtreurs, mais qu'en est il pour les organismes planctoniques filtreurs qui vivent en pleine eau ? Pour voir si les plastiques pourraient se retrouver sur le menu de tels invertébrés et à quelle vitesse, des scientifiques ont dans le Golfe du Mexique avec un robot sous-marin expérimentalement alimenté un larvacé (organisme filtreur planctonique gélatineux, transparent et géant) : Bathochordaeus stygius avec des microplastiques de 10 à 600 µm de diamètre de couleurs vives. Un robot sous-marin doté d'une caméra a ensuite été utilisé pour observer le devenir de ces microplastiques dans les grandes bulles de mucus que se construisent ces animaux, puis dans la colonne d'eau ; certains animaux ont effectivement intégré des microplastiques dans leur bol alimentaire et les ont stockés dans leur « bulle de mucus » et/ou les ont rejeté dans le milieu avec leurs excréments[73]. Ces plastiques ont ensuite été observés dans leurs enveloppes gélatineuses ou dans les boulettes fécales descendant rapidement vers le fond (confirmant qu'en mer les plastiques ne sont pas qu'un « problème de surface » et qu'on ne perçoit que la partie superficielle du problème)[73]. Or ce mucus ou ces excréments sont à leur tour des sources potentielles de nourriture pour d'autres organismes. Les auteurs de cette étude ne peuvent à ce jour évaluer les tonnages concernés dans le monde, mais concluent que les excréments et les mucus des larvacés contribuent d'une part à une recirculation d'une partie des microplastiques dans la chaine alimentaire, et d'autre part via la « neige » de déchets et cadavres qui « chutent » en permanence vers les fonds marins. Ils estiment qu'un transfert de pollution peut avoir un impact sur les écosystèmes[73]. On sait aussi que les plastiques et microplastiques sont des surfaces d'adhésion d'autres micropolluants, chimiques cette fois, et en se réduisant en taille, ils peuvent eux-mêmes relarguer des métaux toxiques (utilisés comme colorants ou stabilisateurs anti-UV) ou des perturbateurs endocriniens (plastifiants).

Quand on les cherche, on les trouve dans l'air des mégalopoles (Paris et Dongguan[74]par exemple). En 2018, Rochman et Hoellein ont montré que le vent et les pluies en apporte jusqu'au cœur des parcs nationaux et des zones réputées les plus sauvages des Etats-Unis[75] (plus de 1 000 tonnes par an rien que dans les zones protégées du sud et du centre-ouest des États-Unis selon une première estimation, surtout constituées de microfibres synthétiques issues des vêtements[69]. Les centres urbains et la remise en suspension à partir des sols ou de l'eau (embruns, assèchements) sont les principales sources de plastiques déposés par voie humide. Mais les dépôts secs contiennent des plastiques de plus petite taille, avec des taux de dépôt suggérant un transport à longue distance ou mondial : 132 plastiques en moyenne se déposent par mètre carré et par jour sur les seules terres protégées de l'ouest des États-Unis[64].

Cas des zones polaires

Jusqu’en 2014, parce que ces zones sont quasi-inhabitées et peu fréquentées, on les supposait épargnées par les microplastiques, puis peu à peu des indices et preuves sont venus montrer le contraire. À chaque fonte annuelle des glaces, une partie de ces microfibres de plastique sont libérées dans l'eau[76]. Elles peuvent alors contaminer la chaîne alimentaire dont dépendent notamment de nombreux cétacés et autres mammifères et oiseaux marins situés en tête de la pyramie alimentaire.

En zone arctique

En 2014, Obbard et al. montrent que la glace de mer en Arctique contient déjà localement des taux de microplastiques (fibres textiles essentiellement) très supérieure à ceux précédemment mesurés dans des zones les plus contaminées de l’océan (Gyres de plastique). Or cette glace a commencé à fondre, et devrait encore fondre en libérant une grande quantité de ces fragments ; « La fragmentation et la typologie du plastique suggèrent une présence abondante de débris âgés provenant de sources lointaines »[76]. Ceci suggère des apports aériens et/ou qu'un sixième gyre marin de plastique[77] existerait en mer de Barents[78]. Cette année là, l’UICN publie un rapport « Plastic debris in the ocean »[79]. Les premières évaluations quantitatives (2015) montrent une pollution préoccupante par les microplastiques[80].

Début 2016, l’UICN alertait sur le fait que l’Arctique est plus pollué par les microplastiques qu’on ne le pensait, et qu’il existe des risques collatéraux pour les consommateurs car environ 40 % des pêcheries commerciales des États-Unis (en poids) viennent de l’Arctique (mer de Béring pour les États-Unis) et ce taux est monté à 50 % pour le poisson consommé dans l'Union européenne (Weildemann, 2014). Un projet de recherche a été lancé pour évaluer l’étendue et la gravité du problème et rechercher des solutions. L’étude a été approuvée par le GESAMP (Groupe mixte d'experts des Nations unies sur les aspects scientifiques de la protection de l'environnement marin), et l’Institut coréen de recherche polaire (KOPRI) a proposé l’aide d’experts techniques et l’accès à son navire de recherche, Araon, le plus grand brise-glace de recherche au monde[81].

En 2017, les chercheurs d’un observatoire des grands fonds de l’Arctique (Hausgarten Arctic deep-sea observatory) montrent que les sédiments marins de l’Arctique sont également touchés[82]. Une autre équipe confirme qu’une partie au moins de ce plastique est apporté par la circulation thermohaline[83].

En 2018, Peeken et ses collègues confirment que l’océan arctique se comporte comme un « puits » de microdéchets de plastiques[84] et au même moment une autre étude sur leur quntité, distribution et composition montre que les eaux de sub-surface (0,7 particule par m3 d’eau à −8,5 m) de la zone centrale de l’Arctique ne sont pas épargnées, de même que la colonne d’eau jusqu’à une profondeur de 4 369 m[85], avec une répartition variant selon le type de masse d’eau observée (couche mixte polaire (0–375 morceaux par m3 d’eau) > eaux profondes (0–104) > eaux de l'Atlantique (0–95) > halocline i.e. Atlantique ou Pacifique (0–83)). À partir de l’analyse de 413 organismes benthiques dominants (trouvés sur les fonds des mers de Béring et de Tchoukotka), Fang et al. (2018) montrent que divers organismes vivant dans les écosystèmes benthiques (fond) commencent aussi à y être contaminés, mais moins que dans d’autres régions du monde (les prédateurs comme Asterias rubens (record de contamination pour l’Arctique) sont cependant plus touchés, de même que les espèces vivant le plus au nord (ce qui confirme respectivement une bioconcentration dans le réseau trophique, et un transport par les courants))[86]. Abondance moyenne variant de 0,02 à 0,46 fragment de plastique par gramme de poids humide, ou de 0,04 à 1,67 fragment par individu. Les plastiques étaient surtout des fibres (87 % des cas), puis du film (13 %). Les couleurs des fibres étaient surtout rouge (46 %) et transparent (41 %), et le film était généralement gris et surtout constitué de polyamide (PA) (46 %), devant le polyéthylène (PE) (23 %), le polyester (PET) (18 %) et la cellophane (CP) (13 %). Taille des microplastiques : de 0,10 à 1,50 mm la plupart du temps ; taille moyenne 1,45 ± 0,13 mm[86].

En aout 2019, une équipe allemande confirme le diagnostic dans le journal Science Advances. Ils montrent que les courants marins ne sont pas l’unique vecteur : maintenant qu’on les cherche, on trouve aussi des microplastique dans l’air, et « en forte concentration dans des échantillons de neige provenant des Alpes suisses, de certaines régions d'Allemagne et de l'Arctique, même dans des endroits aussi reculés que l'archipel de Svalbard, et dans la neige sur des glaces flottantes »[87]. L’étude montre aussi qu’alors que dans les eaux arctiques, les fibres de plastique dominent ; dans la neige, les principales sources semblent être en zone continentale la pollution routière (usure des pneus). Dans la neige qui tombe en Arctique, on retrouve du caoutchouc nitrile, des acrylates et de la peinture qui peuvent venir de loin (ces microplastiques ont souvent une taille proche de celle du pollen, ils peuvent donc circuler sur des milliers de km[87],[88]).

En zone antarctique

Deux études récentes (2017) ont montré que près du pôle sud, bien que dans des eaux encore plus éloignées des zones habitées et des lignes de transport maritime, les eaux de l'Antarctique sont aussi concernées[89],[90].

En 2022 une étude a confirmé que les microplastiques trouvés (29 particules/L, du polyéthylène téréphtalate (PET)le plus souvent) dans tous les échantillons de neige fraîche de 19 sites échantillonnés dans la région de l'île de Ross sont similaires à ceux rejetés par les vêtements synthétiques, et pourraient même en partie provenir des vêtements et d'autres équipements utilisés dans les stations de recherche antarctiques[91]. C'est ce que laisse penser une étude des trajectoires de masse d'air vers les lieux de prélèvements, qui aussi « indique un transport potentiel à longue distance allant jusqu'à 6 000 km, en supposant un temps de séjour de 6,5 j »[92].

Vers des alternatives ?

Si la plupart des polymères à base de pétrole sont non biodégradables ou très peu biodégradables, de nombreux plastiques d'origine naturelle le sont. Certains industriels cherchent à les étudier et parfois à les copier (biomimétique) pour les intégrer dans la production de matériaux biodégradables similaires aux plastiques actuels.

Leurs propriétés, durant la phase de dégradation dans l'environnement, exigent cependant encore un examen détaillé avant le développement d'une large utilisation.

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