DS0102 - Les risques sanitaires face aux changements environnementaux

Microplastiques, nanoplastiques dans l'environnement marin: caractérisation, impacts et évaluation des risques sanitaires. – Nanoplastics

Microplastiques-Nanoplastiques dans l'environnement marin: caractérisation, impact et risques sanitaires

Les déchets plastiques s'accumulent depuis plusieurs décennies dans les océans où ils se fragmentent en particules dont les microplastiques (<5mm) et nanoplastiques (<100nm). Les microplastiques sont retrouvés dans toutes les eaux du globe ainsi que dans les sédiments et dans de nombreux organismes marins. Cependant, leur comportement très complexe dans l’environnement marin, leur devenir et leurs potentiels impacts sur l’écosystème marin sont encore très peu caractérisés....

Evaluer le devenir à long terme des déchets plastiques dans l'environnement et évaluer leurs impacts

Il est fort probable que la fragmentation des plastiques ne s’arrête pas aux microplastiques et génère également des particules de tailles inférieures au micromètre: les nanoplastiques. Cependant, alors que leur abondance pourrait être supérieure à celle des microplastiques (MP), aucune étude ne porte encore sur la présence de nanoplastiques dans l'environnement et sur leur devenir du fait de nombreux verrous technologiques. En effet, à ce jour, l'échantillonnage dans la colonne d'eau est presque exclusivement réalisé avec des filets de mailles de 330 µm. Quelques données concernant la collecte de particules <330 µm ont récemment été publiées mais les fragments de tailles inférieures à quelques dizaines de µm n'ont jamais été étudiés ni encore moins quantifiés. <br />Ce projet présente cinq objectifs principaux: (i) comprendre les processus menant à la fragmentation des débris plastiques dans l'environnement marin; (ii) mettre en place une méthodologie pour l'échantillonnage et la caractérisation des plus petites particules; (iii) obtenir des données sur leur distribution dans des échantillons environnementaux (eau de mer, sédiments, organismes marins); (iv) acquérir des connaissances sur le devenir des plastiques dans l'environnement marin et évaluer leur toxicité pour la vie marine; (v) évaluer le transfert des micro et nanoplastiques dans la chaîne alimentaire marine et les risques potentiellement associés pour la santé des consommateurs.

Les études récentes montrent que les MP sont persistants et omniprésents dans tous les compartiments océaniques. De plus, ils contiennent de nombreux additifs dont la toxicité pose question, et adsorbent et concentrent des polluants organiques persistants (POP) déjà présents dans l’eau environnante. Ils agissent aussi comme un nouveau substrat pour les micro-organismes marin et peuvent ainsi véhiculer des espèces pathogènes et nuisibles, questionnant sur leurs impacts sur la santé des organismes qui les ingèrent. Une approche interdisciplinaire physique-chimie-biologie-océanographie est donc nécessaire pour comprendre les interactions entre les particules de plastiques et leur environnement marin. Dans ce projet, les facteurs pouvant influencer le devenir et les impacts des MP sur la vie marine sont étudiés: vieillissement, fragmentation, (bio)dégradation, additifs et polluants adsorbés, colonisation par des micro-organismes, ingestion, transfert trophique, translocation des plus petites particules. Les impacts des MP/NP sur les organismes marins sont évalués in vitro par une approche novatrice intégrant leur interaction avec des membranes biologiques et des cellules, et in vivo par une approche intégrée allant des modifications moléculaires aux réponses éco-physiologiques des espèces marines exposées (MP/NP couplés ou non à des contaminants chimiques). Enfin les risques sur la santé humaine liés à une accumulation potentielle des MP/NP dans la chaîne alimentaire seront évalués sur les résultats de l’ensemble des autres tâches.
Il est à noter que sur tous les aspects du projet, deux approches sont combinées: une approche «modèle« en laboratoire et des prélèvements de MP/NP effectués sur le terrain. Les résultats et conclusions obtenus seront comparés et discutés en fin de projet.
Enfin, ce projet implique un programme de sensibilisation visant à informer le grand public sur la thématique des MP/NP et sur les avancées majeures acquises au cours de ce projet.

- Les premières données de contamination de la rade de Brest par des microplastiques sont maintenant acquises et publiées. Elles montrent que cette zone est encore peu polluée par les microplastiques et qu'il existe une zone de concentration transitoire des MP au centre de la Rade. Dans les sédiments de la zone, comme dans l'eau, du polyéthylène et du polypropylène ont essentiellement été retrouvés malgré leurs densités inférieures à celle de l'eau de mer ce qui suggère des phénomènes de sédimentation qui sont encore mal connus et peuvent être site-spécifiques.
- Les interactions entre MP et différentes microalgues ont été étudiées et montrent que la colonisation des fragments de plastiques par ces organismes est très rapide menant à des hétéro-agrégats et à une incorporation des MP dans la neige marine, ce qui est probablement une voie non négligeable de transport vertical des MP vers les fonds marins. Ces phénomènes complexes nécessitent d’autres études car ils semblent dépendants du type de polymère et du pool colonisateur présent au site étudié.

Les premiers résultats obtenus montrent que des particules de plastiques sont présentes dans tous les compartiments aquatiques de la zone estuarienne étudiée (Rade de Brest) et que des interactions existent avec les microorganismes (colonisation par de nombreuses bactéries par exemple). De nombreux essais d'interaction entre ces MP/NP et des organismes marins sont en cours et vont apporter des connaissances sur la toxicité éventuelle de ces particules. Des essais sont notamment menés sur des organismes destinés à la consommation humaine (poissons, huitres) afin d'évaluer les risques sanitaires sur l'homme

Plusieurs publications dans des journaux internationaux ont déjà été réalisées et d'autres résultats sont en cours de publication. Les premiers résultats ont également été présentés dans des colloques internationaux

Les déchets plastiques s'accumulent depuis plusieurs décennies dans les océans. Ils y subissent différents processus de dégradation conduisant à leur fragmentation en particules de petites tailles. Les microplastiques (MP) sont définis comme les fragments de taille inférieure à 5 mm. Les études récentes montrent que les MP sont très stables et omniprésents dans tous les compartiments océaniques (eau, sédiments, organismes). De plus, les MP: (i) contiennent certains additifs toxiques, adsorbent et concentrent les polluants organiques persistants (POP) présents dans l’eau; (ii) agissent comme un nouveau substrat pour le microbiote marin et peuvent véhiculer des espèces pathogènes et nuisibles; (iii) peuvent être ingérés par de nombreux organismes marins et entraîner des impacts sur leur santé.
Il est fort probable que la fragmentation des plastiques ne s’arrête pas aux MP et génère également des particules de tailles inférieures au µm: les nanoplastiques (NP). Cependant, alors que leur abondance pourrait être supérieure à celle des MP, aucune étude ne porte sur la présence des NP dans l'environnement. En effet, à ce jour, l'échantillonnage des MP dans la colonne d'eau est presque exclusivement réalisé avec des filets de mailles de 330 µm. Quelques données concernant la collecte de MP <330 µm ont récemment été publiées mais les fragments de taille inférieure à quelques dizaine de µm n'ont jamais été étudiés.
Pourtant, les NP peuvent avoir des propriétés d’adsorption/désorption assez différentes des MP en raison d'une surface spécifique très élevée. Ils peuvent également (en fonction de leur état d'agrégation) présenter des effets toxiques par leur capacité à traverser les membranes biologiques plus facilement que les MP. Il est donc primordial, tout en poursuivant les recherches sur les MP, d'étudier les NP d'un point de vue physique, biologique et chimique.
Ce projet présente cinq objectifs principaux: (i) comprendre les processus menant à la fragmentation des débris plastiques dans l'environnement marin; (ii) mettre en place une méthodologie pour l'échantillonnage et la caractérisation des plus petits MP et des NP; (iii) obtenir des données sur leur distribution dans des échantillons environnementaux (eau de mer, sédiments, organismes marins); (iv) acquérir des connaissances sur le devenir des MP/NP dans l'environnement marin et évaluer leur toxicité pour la vie marine; (v) évaluer le transfert des MP/NP dans la chaîne alimentaire marine et les risques potentiellement associés pour la santé des consommateurs.

Pour cela, nous allons étudier les dégradations biotiques et abiotiques de films minces de polymères jusqu'à leur fragmentation en MP/NP. Les fragments générés seront caractérisés (taille, forme, propriétés de surface, composition chimique). L'adsorption/désorption des POP à leur surface et leur colonisation par des micro-organismes marins seront également étudiées. En parallèle, des protocoles de collecte et d'extraction des NP dans des échantillons environnementaux seront élaborés à partir des protocoles utilisés pour les MP. Cela permettra la collecte des MP et des NP dans trois zones marines d'intérêt (Rade de Brest, Méditerranée et Manche). Outre leur identification et leur quantification, les particules recueillies seront également caractérisées pour déterminer leurs charges en POP et additifs. Les impacts des MP/NP sur les organismes marins seront ensuite évalués in vitro avec une approche novatrice pour étudier leur interaction avec des membranes biologiques et des cellules, et in vivo par une approche intégrée allant des modifications moléculaires aux réponses éco-physiologiques des espèces marines exposées aux MP/NP (couplées ou non à des contaminants chimiques). Enfin, les risques sur la santé humaine liés à une accumulation potentielle des MP/NP dans la chaîne alimentaire seront évalués. Ce projet impliquera également un programme de sensibilisation visant à informer le grand public sur la question des MP/NP.

Coordinateur du projet

Institut des Molécules et des Matériaux du Mans (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail
Laboratoire de Microbiologie des Environnements Extrêmes (LM2E)
Institut des Molécules et des Matériaux du Mans
Laboratoire des sciences de l'environnement marin (LEMAR)
Laboratoire Environnement Ressources Provence Azur Corse (LER-PAC)
Laboratoire Génie des Procédés Environnement et Agroalimentaire

Aide de l'ANR 541 992 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2016 - 48 Mois

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