CE34 - Contaminants, écosystèmes et santé

Microplastics in sediment and sediment cores – Sedi-PLAST

Explorer la contamination des sédiments par les microplastiques en couplant les approches sédimentologiques et environnementales

Le projet Sédi-PLAST propose de combiner une approche sédimentologique à l’analyse des teneurs en MP dans les sédiments de surface et dans la colonne sédimentaire. Il vise à analyser les relations entre les environnements de dépôt sédimentaire et la contamination en MP afin de développer en concertation avec les gestionnaires des milieux aquatiques, un nouvel outil de surveillance des risques liés aux microplastiques (MP).

Les sédiments, un puits important de microplastiques, encore trop peu étudié

Les travaux sur les MP en milieu continental n’ont débuté que récemment alors que les fleuves sont les principaux pourvoyeurs de MP vers l’océan. Un état de l’art de la contamination des hydrosystèmes continentaux montre que les sédiments constituent un puits pour les MP, mais qu’ils demeurent un compartiment peu étudié et sous-considéré. Dans la grande majorité des études, les sédiments sont échantillonnés sans questionnement des processus hydro-sédimentaires affectant les teneurs en MP et leur archivage à différentes échelles d’espace et de temps. Cet aspect est pourtant crucial pour permettre une évaluation correcte des niveaux de contaminations et la comparaison des flux à différentes échelles de temps et d’espace.<br /><br />De plus, les protocoles pour la collecte et l’analyse des MP sont très variables, ce qui limite la possibilité de comparer les données d’une étude à l’autre au niveau international. Il est donc nécessaire de développer une chaine de protocoles robustes, scientifiquement argumentés, couvrant l’ensemble des étapes de l’échantillonnage des sédiments à l’établissement des flux, en passant par l’extraction et l’identification des MP.

Dans ce contexte, le projet Sedi-PLAST, projet pluridisciplinaire regroupant chimistes, sédimentologues, géochimistes et polyméristes, propose de combiner une approche sédimentologique et géochimique pour l’analyse des microplastiques (MP) à l’échelle d’un bassin versant. Sa finalité vise à analyser les MP dans différentes typologies de sédiments afin de comprendre les relations entre les environnements de dépôts sédimentaires (granulométrie, matière organique, etc.) et la teneur, la taille et morphologie, ou la nature chimique des MP retrouvés dans les sédiments. Le couplage et la caractérisation des MP par spectroscopie (µ-IRTF et FPA-IRTF) et par Pyr-GC-MS fournira de nombreuses informations novatrices sur la nature chimique des MP (quantité vs. Nombre de particules, distribution de taille, vieillissement) pour des particules jusqu’à 25 µm.

Les premiers résultats confirment que le sédiment est un puits important de microplastiques avec des niveaux compris entre 200 et 800 particules par kilogramme de sédiment sec. A titre de comparaison, on ne retrouve qu’une dizaine à une centaine de particules par mètre cube d’eau de surface. Les fragments observés sont généralement de petite taille, avec une majorité des fragments de taille inférieure à 100 µm.

Au cours des premiers mois du projet, les stations sur les 3 grands fleuves français que sont la Loire, la Seine et le Rhône ont été sélectionnées. L’idée est de documenter l’amont et l’aval des agglomérations parisienne et lyonnaise. Les stations de la Seine sont ainsi localisées au niveau d’anciens chenaux à Boissise-le-Roi en amont de l’agglomération parisienne et Bouafles pour l’aval. Les stations du Rhône sont positionnées au niveau de la Lône de pêcheur à Jons en amont de Lyon et des Lônes de la Chèvre et du Beurre à Tupin Semons pour l’aval de l’agglomération. En ce qui concerne la Loire, la retenue de Villerest en amont est étudiée, ainsi que l’ile de Montjean sur Loire positionnée très en aval sur la Loire.

Des carottes sédimentaires ont pu être prélevées en Seine, en amont et en aval de Paris, et dans le Rhône, en amont et en aval de Lyon. Au vu des premiers résultats des analyses de radionucléides, ces quatre carottes apparaissent prometteuses (leur datation est possible) et seront étudiées prochainement.

A travers l’étude de carottes sédimentaires, ce qui est particulièrement novateur et original, et en lien avec la contamination des sédiments récents et de surface, le projet Sédi-Plast doit permettre d’explorer les trajectoires temporelles des pollutions plastiques à l’échelle des bassins versants anthropisés. En collaboration avec les gestionnaires des milieux aquatiques (OFB, Agences de l'Eau), il permettra aussi de co-construire un outil de surveillance des MP.

A venir

Plastic pollution has become highly publicized and is of increasing concern. From a scientific standpoint, attention is mostly directed towards microplastics (MP) (i.e. with sizes ranging from 1 µm to 5 mm) and this topic involves many societal actors. The European Marine Strategy Framework Directive targets this pollution by establishing litter reduction actions and MP monitoring in environments.

With an overwhelming majority of the works published in this field dedicated to the marine environment, research on the continental environment only started much more recently. A recent review of these works highlighted that although the sediment may act as a sink of MP, it has remained relatively ignored and insufficiently considered. For the vast majority of studies reviewed, sediments are sampled without further investigation of the hydro-sedimentary processes affecting MP levels, nature and/or distribution and their recordings over various spatial scales and temporal scales. This is of prime importance to provide an accurate comparison of MP contents and fluxes at different spatial scales within river catchments. It would be expected that MP accumulation and archiving in sediments depends on the properties of the MP and the hydro-sedimentary processes occurring.

In this context, the Sedi-PLAST project entitled “Microplastics in continental sediments and sedimentary cores”, and its multidisciplinary consortium involving chemists, sedimentologists, geochemists and polymer scientists, proposes combining a sedimentological approach with an MP content analysis within both surface sediments (bed sediments and flood deposits) and the sedimentary column. It is intended to assess the relationships between sedimentary deposits and MP contamination settings in order to develop, in close collaboration with stakeholders involved in the management of aquatic ecosystems, a new tool for monitoring MP-related risks. For the MP characterization, coupling spectroscopy approaches (µ-FTIR and FPA-FTIR) and Pyr-GC-MS is strongly innovative and will provide novel information on the chemical nature of MP (quantity vs. number of particles, size distribution, aging, etc.) for particles below 50 µm.

By analysing sediment cores representative of sediment deposit accumulated over the last ~60 years, this project also seeks to evaluate MP evolution over time, in terms of quality, quantity and conservation. This approach to studying MP in sedimentary recordings is particularly innovative and will provide novel insights into: i) determining the temporal trajectories of plastic pollutions at the basin scale; and ii) providing the lacking reference values in order to compare contemporary and historical MP contents and iii) better understanding factors controlling MP pollution and their potential variation throughout time. Through the dating of multiple sediment cores with radionuclides, this effort will provide the first chronostratigraphic assessment of plastic pollution in the largest metropolitan drainage basins.

In this project, three hydrosystems are considered, i.e. the Seine, the Loire and the Rhône Rivers. The consortium teams have a strong expertise on the hydrosedimentary processes occurring in these catchments through the innovative coupling of various approaches from geophysics to geochemistry.

The objective of Sedi-PLAST project consists in providing guidelines and recommendations of MP monitoring in sediment and co-constructing, in close collaboration with aquatic ecosystem managers, a tool for monitoring MP-related risks in freshwater. The data compiled, recommendations and the management tool developed in this project will provide a surrogate to long-term observations and monitoring of MP pollution in freshwaters and will contribute to evaluate the efficiency of measures mitigating plastic pollution.

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Project coordinator

Monsieur Johnny GASPERI (Département Géotechnique, environnement, risques naturels et sciences de la terre)

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

GERS Département Géotechnique, environnement, risques naturels et sciences de la terre
GéHCO GÉO-HYDROSYSTÈMES CONTINENTAUX
LSCE Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement
ICCF INSTITUT DE CHIMIE DE CLERMONT-FERRAND
METIS Milieux Environnementaux, Transferts et Interactions dans les hydrosystèmes et les Sols
LEESU Laboratoire Eau, Environnement, Systèmes Urbains
LEHNA LABORATOIRE D'ECOLOGIE DES HYDROSYSTEMES NATURELS ANTHROPISES

Help of the ANR 461,397 euros
Beginning and duration of the scientific project: March 2020 - 48 Months

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