DS01 - Gestion sobre des ressources et adaptation au changement climatique

nanoParticlEs of Plastics in the environment: Source, prediction and impact – PEPSEA

Les nanoplastiques : une taille infiniment petite des déchets pour des conséquences dévastatrices sur notre environnement ?

Les nanoplastiques sont produits dès lors qu’un matériel plastique se retrouve dans l’environnement. Dans PEPSEA, nous nous intéressons aux Mangrove de la Guadeloupe qui sont exposés à des décharges de déchets et au gyre de déchets dans l’Atlantique Nord. Etant un système riche en biodiversité, la Guadeloupe nous offre l’opportunité d’étudier l’impact de ces déchets nanométrique sur l’environnement et le vivant

Déterminer la présence, l’origine et l’impact des nanoparticules de plastiques (nanoplastiques) dans l’environnement

L’objectif principal du projet est de développer et d’appliquer des méthodes fiables d’échantillonnage et d’analyse pour la détection de particules plastiques micrométriques et nanométriques dans des échantillons naturels, couplées à une étude sur modèle pour comprendre leur devenir dans l’environnement et étudier le réel impact des déchets de plastiques dans l'environnement et sur les organismes aquatiques de la mangrove. À notre avis, il est essentiel de comprendre le schéma de fragmentation des débris de plastique dans l’environnement et d’estimer la proportion de particules micrométriques et nanométriques. C'est une étape obligatoire dans l'estimation de l'exposition réelle des organismes à cette pollution. Derrière cet objectif principal, plusieurs défis scientifiques doivent être soulevés, tels que: i) qu’est-ce qu’une nanoparticule de plastique ? que sont-elles ? Nous avons récemment montré à quel point il est complexe de caractériser des particules de plastique de taille micro et nanométrique dans des milieux naturels. Nous continuerons à développer de nouvelles méthodologies analytiques innovantes pour caractériser l’ensemble des tailles de litière en plastique. (ii) D’où viennent elles : Identifiez la source, la présence et le cycle de vie des plastiques nanométriques dans la zone critique en choisissant une grande variété d'écosystèmes dans lesquels des déchets plastiques peuvent être trouvés ou transportés. (iii) Comportement environnemental et prévision: en comparant avec des données réelles, nous allons comprendre le devenir et prévoir l'écoulement de matériaux à l'échelle nanométrique provenant de différents systèmes environnementaux en explorant l'interaction des micro et nanoplastiques avec le physique (lumière UV, température, etc.) et paramètres chimiques (résistance ionique, matière organique naturelle, etc.). (iv) L'impact environnemental des MNP dans la zone critique et la zone du bassin versant et leur effet sur la chaîne trophique

La démarche utilisée dans le projet se distingue en trois étapes :
(1) Prélever les échantillons naturels (eaux, sédiments, organismes) dans la Mangrove à différents points stratégiques de sources potentiels de déchets plastiques pour détecter la présence de nanoplastiques grâce aux méthodes analytiques préalablement développées ;
(2) Collecter les microplastiques et les organismes sur site pour reproduire en laboratoire les expositions en nanoplastiques. Le but étant d’évaluer le potentiel impact des nanoplastiques par rapport aux autres contaminants présents dans les systèmes naturels
(3) Reproduire les conditions naturels observés dans la Mangrove (salinité, marée, température, présence de matière organique) en laboratoire grâce à des réacteurs pour comprendre comment se comporte un nanoplastique en milieu naturel. Les nanoplastiques vont elles se diffuser ou s’accumuler dans l’environnement ?

Les premiers résultats montrent bien la présence de nanoplastiques dans ces systèmes naturels et dans les différentes espèces prélevées. Grâce à nos relevés sur le terrain nous avons pu déterminé le comportement conservatif des nanoplastiques à l’interface eaux douces-eaux salées caractéristiques de la Mangrove et des Estuaires de manière générale, pouvant expliquer pourquoi les nanoplastiques arrivent jusqu’au gyre Atlantique Nord. La caractérisation des nanoplastiques montrent bien leur capacité à transporter des contaminants « accrochés » ou « assimilés » sur et dans leur structure, respectivement. C’est surement cette capacité à transporter une quantité considérable de contaminants couplés à leur petite taille et donc leur capacité à traverser tous types de barrières naturelles (organes, sang, cellule, etc.) qui soulève des questions préoccupantes sur l’impact réelle des nanoplastiques. Ce sont ces récents résultats qui ont orienté récemment nos travaux et les projets déposés et obtenus sur l’impact des nanoplastiques.

La perspective finale du projet est d’évaluer quelle est la destination finale des nanoplastiques et leur cycle de vie afin de mieux appréhender leur impact final et surtout envisager des solutions de remédiation. Une attention particulière sera portée sur les effets indirects des nanoplastiques vis à vis des contaminants qu’ils transportent. En effet, des surveillances et des outils de réglementation seront proposés afin de prédire et protéger les écosystèmes possiblement impactés par les nanoplastiques.
D’un point de vue plus politique, grâce aux résultats obtenus, nous espérons convaincre les décideurs de mettre en place des outils de régulation et de protection en amont car le nombre de déchets plastiques dans l’environnement (source de nanoplastique) doit diminuer.

Plusieurs papiers ont déjà été publié dans Environmental Pollution (Vol 235, pp 1030-1034 & Vol 249, pp 940-948) et d’autres sont à venir dans d’autres journaux scientifiques internationaux. Des reportages photos sur le projet PEPSEA et sur les missions s

The main objective of the project is to determine the life-cycle of micro- and nano-plastics (MNP) in the watershed area, to understand their fragmentation pattern and to investigate the first impact of the whole size distribution of plastics litter. In the sampling campaign in the North Atlantic Ocean - NOA (Expedition 7th Continent) realized in 2014 and 2015, we were the first to develop an analytical strategy for demonstrating the presence of nanoscale (colloidal) plastics mainly made of polyethylene in the NOA for the first time. Based on these unprecedented results, several questions raise: What are the mechanisms of nano-plastics formation? Are the nanoplastics formed in the ocean or before in the watershed area? Where the other plastics at the micro and nanoscale are located? We found only PE and PS trace at the micro and nanoscale in the NOA. Where are the other polymers? Where do the Nano-plastics come from in the coastal zone? Rapidly, based on recent expedition and missions, we identified the watershed area as the principal zone susceptible to play a key role in the MNP environmental fate and impact. For these reasons and due to the total absence of available data in literature, we decided to focus the PEPSEA proposal on this novel consideration. From all the watershed areas and based on our previous mission and investigation in Guadeloupe (French Caribbean Island), we focused PEPSEA project on the Mangrove swamp system. Mangroves are present along a high fraction of tropical and subtropical coastlines. These systems play a crucial ecological role providing shelters and food resources for many species. Mangroves are also directly endangered by human activities. Plastics are susceptible to be captured in this environment due to the structure of Mangrove tree roots physically reducing circulation of water. In Guadeloupe, two Mangrove swamps were identified, the first one directly exposed to the landfill of the island (Décharge de la Gabarre) and the second one located at Le Moule, on the east coast of the island, which is directly influenced by the current from both the NOA and the gyre. These two systems offer the opportunity to directly monitor the impact of the MNPs waste on the Mangrove system and also discriminate the influence of terrestrial activities on the incoming MNPs compared to the flux of MNPs from the principal oceanic gyre. This study is complementary to existing project working on the presence and environmental fate of MNPs in the oceanic system. PEPSEA is an interdisciplinary research project on the plastic debris in the watershed area. It involves the participation of five different partners in the consortium that successfully work together in trust on the plastic presence and contamination thematic since 2014. Compare to all the major projects funded these last year through the principal governmental national agency and focusing on Plastic debris in environmental system, we propose a totally novel approach based on our expertise and our recent expeditions.

Project coordinator

Monsieur Julien Gigault (Géosciences Rennes)

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

IMRCP/CNRS Laboratoire des Interactions Moléculaires et Réactivité Chimique et Photochimique (CNRS)
EPOC Environnement et Paléo-Environnement Océaniques et Continentaux
UMR 7138 Evolution Paris Seine
Géosciences Rennes
IPREM Institut des Sciences Analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux

Help of the ANR 422,226 euros
Beginning and duration of the scientific project: December 2017 - 42 Months

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