DS0103 -

Abiotic and biotic degradation and toxicity of oxo-biodegradable plastics in marine waters – OXOMAR

Dégradation et toxicité des plastiques oxo-dégradables en mer

L’objectif du projet est d’évaluer le devenir des plastiques oxo-dégradables (OXO) en milieu marin.

Les plastiques en mer : un enjeu sociétal, économique et politique

Parmi les 300 000 tonnes de déchets plastiques restrouvés aujourd’hui à la surface des Océans, plus de la moitié sont composés de polyéthylène. La dégradation du polyéthylène (PE) par les microorganismes est effectivement très lente, et une solution proposée par les industriels consiste à intégrer des additifs qui favorisent l’oxydation du PE pour le rendre plus accessible à la biodégradation: les oxo-dégradables (OXO). Le manque de connaissance sur ce produit a conduit à des mesures récentes d’interdiction de leur commercialisation en Europe. <br />Notre objectif est d’apporter des données scientifiques solides sur le devenir des OXO en mer. La base du projet repose sur 3 axes qui sont d’évaluer (1) la dégradation abiotique, (2) la biodégradation et (3) la toxicité éventuelle des OXO lorsqu’ils sont rejettés accidentellement en mer.

Ce projet repose sur la complémentarité des partenaires qui apportent chacun une compétence propre. Le partenaire industriel (SYMPHONY) est production de produits OXO distribués dans plus de 60 pays. Il fournit les polymères additivés ou non aux autres partenaires. Le partenaire CNEP est une PME spécialisée dans le vieillissement artificiel accéléré des polymères en utilisant des enceintes conjuguant les effets de la lumière riche en ultraviolets et de la chaleur. Le partenaire LOMIC incube les plastiques dans des aquariums avec une circulation directe en eau de mer, évalue leur colonisation par les microorganismes et teste leur biodégradabilité en couplant des approches de respiromètrie, de production d’ATP, d’activité hétérotrophe, d’activité ectoenzymatique et de génomique environnementale. Il travaille en étroite collaboration avec le laboratoire ICCF qui évalue le taux de dégradation et s’interesse aux voies métaboliques en utlisant des outils de spectromètrie, d’HPLC, de RMN et de spectromètrie de masse. Le LOMIC évalue également la toxicité des OXO et de leurs additifs en étroite collaboration avec l’IFREMER à partir du développement de plusieurs modèles biologiques : bactérie, phytoplancton, amphioxus, oursin, loup de mer. La complémentarité des partenaires permet une mutualisation des résultats pour une évaluation la plus complète possible du devenir des OXO en mer.

A mi-parcours du projet, plusieurs avancées significatives peuvent être soulignées.
Tout d’abord, nous avons pu identifier les communautés microbiennes qui colonisent les OXO en mer. Nous avons montré qu’elles étaient très différentes de celles qui sont classiquement retrouvées dans l’eau de mer environnante. Les populations retrouvés sur les OXO les plus oxydés sont également très différentes que sur les OXO non oxydés ou sur le PE de référence. L’activité bactérienne y est également plus élevée, ce qui sous-entend une possible biodégradation en milieu naturel.
Cette hypothèse est renforcée par l’observation des mêmes tendances lorsque les plastiques sont ensuite mis dans un milieu sans autre source de carbone.
Enfin, nous avons pu observer la toxicité de certaines formulations d’OXO dont les additifs pro-oxydants contiennent du Cobalt. Aucune toxicité n’est en revanche détectée pour les additifs à base de Manganèse et/ou de Fer, qui permettent d’atteindre des niveaux d’oxydation similaires après vieillissement. Ce résultat aura des retombées directes sur le choix des produits utilisés par les industriels dans la conception des plastiques OXO.

Dans la seconde partie du projet, l’utilisation de traceurs isotopiques permettra de démontrer la biodégradabilité de manière directe. Cette avancée technologique permettra également de déterminer les taux de biodégradation des OXO par les bactéries, ainsi que d’identifier quelles sont les bactéries marines capables de prendre part aux processus complexes de biodégradation.
Ces résultats pourraient avoir des conséquences importantes sur le marché des OXO, mais aussi de manière plus générale sur le marché des plastiques biodégradables.

Dépôt d’une enveloppe SOLEAU N°DSO2017012612 (20/12/2017) pour la protection du protocole « Détermination de la biodégradabilité aérobie des plastiques en eau de mer »

Marine plastic litter is a global environmental problem (descriptor 10 of the EU Marine Strategy Framework Directive) since almost 10% of the 299 million tons of plastic produced worldwide gets accidentally or deliberately into the environment. The oceans are considered as the ultimate recipient of plastic litters. Plastics containing pro-oxidant additives called oxo-biodegradable (OXO) have been introduced onto the market (10% of the plastic bags in France are OXO) as material promising biodegradability, but their fate in marine waters is poorly investigated.
The OXOMAR project gathers together the largest manufacturer of OXO in Europe (Symphony Environmental Technologies), a small or medium-sized enterprise specialized in valorization of academic researches on polymer ageing (CNEP), and three academic units (ICCF, LOMIC, IFREMER) specialized in chemistry of materials, marine microbiology and ecotoxicology.
The objective of OXOMAR is to evaluate the abiotic (task 1) and biotic (task 2) degradation of OXO at sea, as well as its potential toxicity for marine organisms (task 3).
This project present several novelties including:
(i) the use of artificial ageing to evaluate the fate of OXO of different compositions (including an OXO-HYDRO hybrid polymer) in the Oceans related to abiotic environmental factors,
(ii) the combination of innovative methodologies using stable isotope labelled 13C-OXO to deliver the first estimation of the OXO biodegradation rate at sea, together with the original identification of the bacteria performing this biodegradation,
(iii) the evaluation of the possible toxicity of OXO by considering both the ingestion of micro-plastics and the leaching of pro-oxidant additives by using unprecedented set of marine organisms from various trophic levels, habitats and feeding behaviors.
The evaluation of the fate of new formulations of plastics in the environment is a societal and environmental concern, which perfectly fits with the objective of the “Défi 1” (ORIENTATION 4). The potential for scientific breakthrough is very high in this project, since very few studies have been done so far on the fate of OXO in marine waters. The new research results obtained in this PRCE project will be mutually beneficial for the academic and industrial parts and for the market of OXO in general. For instance, “the impact of the use of oxo-biodegradable plastic carrier bags on the environment” has been identified as one of the priority of the European Council and Parliament for the reduction in consumption of plastic bags (Art. 20a (2) of Directive 2015-720).

Project coordinator

Monsieur Jean Francois Ghiglione (Laboratoire d'Océanographie Microbienne)

The author of this summary is the project coordinator, who is responsible for the content of this summary. The ANR declines any responsibility as for its contents.

Partner

SYMPHONY Symphony environmental technologies
IFREMER Laboratoire d'écotoxicologie
CNEP Centre National d'Evaluation de Photoprotection
ICCF-CNRS Institut de chimie de Clermont-Ferrand
LOMIC Laboratoire d'Océanographie Microbienne

Help of the ANR 490,286 euros
Beginning and duration of the scientific project: January 2017 - 36 Months

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