Microplastiques dans les sédiments et les archives sédimentaires – Sedi-PLAST

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 résultats du projet confirment que les sédiments constituent des réservoirs importants de microplastiques. A l’échelle des trois fleuves étudiés, les teneurs varient entre quelques milliers et plusieurs dizaines de milliers de microplastiques par kilogramme de sédiment. Parmi les facteurs explicatifs de cette contamination, la fraction de sédiments fins (< 63 µm) et la teneur en carbone organique semblent être les plus importants pour expliquer les variabilités spatiales observées entre les différentes stations, mais ils ne peuvent expliquer à eux-seuls cette variabilité. La géomorphologie des sites et in fine les environnements de dépôts et la connectivité de ces environnements avec la rivière ont également une influence sur la concentration en microplastiques des sédiments impliquant des conditions favorisant leur accumulation. Sur la Loire, il a ainsi été démontré que les chenaux semi-actifs sont plus contaminés que les berges et les bancs sableux du lit mineur. Un constat similaire est opéré sur le Rhône entre les sédiments prélevés dans le chenal principal et les annexes hydrauliques.

Pour établir la chronologie de cette contamination plastique, six carottes ont été échantillonnées au total, en amont et en aval de Paris (Thèse de J.S. Barbier), en amont et en aval de Lyon (Dhivert et al., 2024) et deux archives en Loire aval avant le début de l’estuaire (Thèse de C. Croiset) dans des environnements de dépôts différents (une berge haute et une annexe fluviale). La comparaison spatiale des enregistrements sédimentaires met en évidence une forte augmentation des niveaux de contamination et de la diversité de polymères en aval des agglomérations (Paris et Lyon). Pour ces stations, les sédiments montrent cependant une diminution des teneurs en MP depuis les années 2000 pour les polymères associés aux sources industrielles et depuis les années 2010 pour les polymères ubiquistes. Cette tendance diverge des évaluations globales, qui supposent une pollution incontrôlée et qui suggèrent une augmentation des niveaux de contaminations corrélées à la production exponentielle des matières plastiques dans le monde. Elle suggère que les politiques européennes en matière d'eaux usées et la réglementation sur les rejets industriels ont exercé une influence positive sur la qualité de l'eau en ce qui concernent les microplastiques.

Les résultats de ce projet ont mis en évidence des stocks importants de microplastiques dans les sédiments et, plus particulièrement, dans les chenaux secondaires. Ces stocks peuvent, dans certaines conditions hydrologiques et/ou d’opération de gestion, être remobilisés et ils peuvent ainsi venir altérer davantage la qualité des milieux aquatiques. Les conditions de cette remobilisation peuvent constituer une perspective à ce travail. Il soulève également des enjeux pour la gestion des sédiments fluviaux et la conservation/restauration des milieux aquatiques.

A venir

La pollution par les débris plastiques est une thématique très médiatisée et en plein essor. Sur le plan scientifique, elle se focalise sur les microplastiques (MP, taille entre 1 µm et 5 mm) et mobilise un nombre important d’acteurs. La directive-cadre européenne « stratégie pour le milieu marin » cible clairement cette pollution avec la mise en place d’actions de réduction et de suivi des MP dans les milieux.

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. L’archivage des MP, qui sont des particules soumises aux mêmes conditions de suspension et dépôt que les sédiments à l’échelle des bassins versants, dépend fortement des propriétés des MP et des processus hydro-sédimentaires en jeu.

Dans ce contexte, le projet Sedi-PLAST intitulé « Microplastiques dans les sédiments continentaux et les archives sédimentaires », projet pluridisciplinaire regroupant chimistes, sédimentologues, géochimistes et polyméristes, propose de combiner une approche sédimentologique et géochimique pour l’analyse des 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 (composition minéralogique, texture, etc.) et la teneur, la taille 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 50 µm.

A travers l’étude d’archives sédimentaires pluri-décennales, le projet Sedi-PLAST s’attache d’autre part à la question de l’évolution des MP au cours du temps, en termes de qualité, de quantité et de conservation. Cette approche des MP étudiés dans des archives sédimentaires est particulièrement novatrice et permet 1) d’évaluer les trajectoires temporelles des pollutions plastiques depuis 1950 à l’échelle de bassins versants anthropisés, et 2) la constitution de valeurs de référence qui manquent cruellement aujourd’hui pour comparer les teneurs relevées actuellement en surface par rapport aux phases de pollutions historiques dans les bassins versants, et 3) de comprendre les facteurs historiques influençant les pollutions en MP. Le projet Sedi-PLAST offrira, à notre connaissance, le premier enregistrement de MP dans des archives sédimentaires fluviales, après leur datation avec les radionucléides.

Dans le cadre de ce projet, trois systèmes fluviaux seront considérés, i.e. la Seine, la Loire et le Rhône pour lesquels les équipes du consortium possèdent une grande expérience et une connaissance approfondie du fonctionnement et de l’évolution de la dynamique hydro-sédimentaire de ces terrains.

La finalité du projet Sedi-PLAST est de coconstruire, en concertation avec les gestionnaires des milieux aquatiques, un nouvel outil méthodologique de surveillance des MP. Les données générées, les recommandations et l’outil développé serviront à court terme au suivi et à l’observation des MP dans les cours d’eau, et à long terme, à l’évaluation des politiques publiques.