Particules de polyéthylène modèles pour l'étude des micro/nano-plastiques dans l'océans – POEM

Grâce à leurs nombreux avantages les plastiques sont devenus omniprésents dans notre société. Leur faible recyclabilité et mauvaise gestion de fin de vie font queentre 10 et 20 millions de tonnes sont rejetées dans l’environnement chaque année. Parce que les plastiques sont résistants, ils perdurent dans l’environnement et se fragmentent lentement sous l’effet des UV en particules de plus en plus petites : les micro/nano-plastiques (MP/NP). Les MP/NP ont en quelques décennies contaminé tous les océans et les espèces marines à tous les niveaux de la chaîne alimentaire, d'un pôle à l'autre et jusque dans les grands fonds. Le polyéthylène (PE) est le plastique le plus utilisé et représente 90% des déchets plastiques accumulés dans l’environnement, pourtant la plupart des recherches sur les MP/NP utilisent des particules de polystyrène disponibles commercialement. Le manque de MP/NP modèles représentatifs est un verrou réel et sous-étudié de cette thématique. En effet, il n’existe actuellement aucune méthode permettant de produire facilement des particules de PE à cause du caractère gazeux du monomère et de la mauvaise solubilité du polymère. Trois stratégies sont envisagées pour la mise en œuvre de MP/NP de PE : 1) par cryo-broyage 2) par micro-émulsification et 3) par polymérisation radicalaire de l'éthylène en émulsion aqueuse. La première méthode permettra d’obtenir de MP de taille micrométrique, formulés à façon avec un additif connu afin d’identifier sa toxicité. L’obtention de MP < 10 µm par cryo-broyage sera améliorée grâce à une irradiation UV préliminaire du polymère ce qui aidera également à reproduire le vieillissement du polymère. Dans la seconde méthode, le PE est solubilisé dans du toluène à chaud puis émulsifié dans l'eau sous forte agitation en présence de biotensioactif (i.e. polysaccharides sécrétés par des microalgues). Ce procédé permet d’obtenir des particules de taille allant de 0,8 à quelques µm et sera optimisé en contrôlant la masse molaire du PE (réduction de la viscosité en phase dispersée) et son état d'oxydation (moins hydrophobe). La dernière méthode permet de produire des particules < 500 nm et de faible polydispersité pour étudier précisément l’effet de la taille sur la toxicité. Dans ce cas, l’utilisation d'un biosurfactant est incompatible avec les conditions de polymérisation (dégradation du polysaccharide à haute température). Un surfactant polaire non ionique sera utilisé puis échangé avec le biotensioactif par dialyse. De plus, une petite quantité de co-monomère polaire sera introduite afin de simuler le vieillissement. Ainsi, l’expertise des chimistes des polymères et des physico-chimistes permettra de développer une large gamme de MP/NP de PE les plus réalistes possibles en reproduisant l’altération des propriétés du polymère (photodégradation induite par les UV) ainsi que la formation d’un biofilm en surface. La présence d’un biofilm peut avoir un impact considérable sur la flottabilité et l’agrégation des MP/NP. Ainsi l’étude de la stabilité colloïdale des particules PE recouverte d’un biofilm sera réalisée afin de mieux comprendre leur comportement en milieu marin et leur bioaccumulation. La production d’agrégats stables de NP sera un fort atout pour étudier leur toxicité en dehors de la gamme ingérée (2 - 200 µm) par l’organisme modèle filteur choisi ici pour les études de toxicité ; l’huître. Toutes les MP/NP modèles produits permettront de mieux évaluer les deux principaux mécanismes de toxicité connus à ce jour: i) identifier les additifs les plus toxiques (e.g. perturbateur endocrinien) afin d’envisager leur substitution et ii) la nanotoxicité à savoir les interactions physiques particulièrement importante pour dans la fraction nanométrique (endommagement des membranes biologiques induit par leur grande surface spécifique).