DS0103 -

Dégradation abiotique et biotique et toxicité des plastiques oxo-biodégradables en mer – OXOMAR

Dégradation et toxicité des plastiques oxo-dégradables en mer

L’objectif du projet est d’évaluer le devenir des plastiques oxo-dégradables (OXO) en milieu marin.

Les plastiques en mer : un enjeu sociétal, économique et politique

Parmi les 300 000 tonnes de déchets plastiques restrouvés aujourd’hui à la surface des Océans, plus de la moitié sont composés de polyéthylène. La dégradation du polyéthylène (PE) par les microorganismes est effectivement très lente, et une solution proposée par les industriels consiste à intégrer des additifs qui favorisent l’oxydation du PE pour le rendre plus accessible à la biodégradation: les oxo-dégradables (OXO). Le manque de connaissance sur ce produit a conduit à des mesures récentes d’interdiction de leur commercialisation en Europe. <br />Notre objectif est d’apporter des données scientifiques solides sur le devenir des OXO en mer. La base du projet repose sur 3 axes qui sont d’évaluer (1) la dégradation abiotique, (2) la biodégradation et (3) la toxicité éventuelle des OXO lorsqu’ils sont rejettés accidentellement en mer.

Ce projet repose sur la complémentarité des partenaires qui apportent chacun une compétence propre. Le partenaire industriel (SYMPHONY) est production de produits OXO distribués dans plus de 60 pays. Il fournit les polymères additivés ou non aux autres partenaires. Le partenaire CNEP est une PME spécialisée dans le vieillissement artificiel accéléré des polymères en utilisant des enceintes conjuguant les effets de la lumière riche en ultraviolets et de la chaleur. Le partenaire LOMIC incube les plastiques dans des aquariums avec une circulation directe en eau de mer, évalue leur colonisation par les microorganismes et teste leur biodégradabilité en couplant des approches de respiromètrie, de production d’ATP, d’activité hétérotrophe, d’activité ectoenzymatique et de génomique environnementale. Il travaille en étroite collaboration avec le laboratoire ICCF qui évalue le taux de dégradation et s’interesse aux voies métaboliques en utlisant des outils de spectromètrie, d’HPLC, de RMN et de spectromètrie de masse. Le LOMIC évalue également la toxicité des OXO et de leurs additifs en étroite collaboration avec l’IFREMER à partir du développement de plusieurs modèles biologiques : bactérie, phytoplancton, amphioxus, oursin, loup de mer. La complémentarité des partenaires permet une mutualisation des résultats pour une évaluation la plus complète possible du devenir des OXO en mer.

A mi-parcours du projet, plusieurs avancées significatives peuvent être soulignées.
Tout d’abord, nous avons pu identifier les communautés microbiennes qui colonisent les OXO en mer. Nous avons montré qu’elles étaient très différentes de celles qui sont classiquement retrouvées dans l’eau de mer environnante. Les populations retrouvés sur les OXO les plus oxydés sont également très différentes que sur les OXO non oxydés ou sur le PE de référence. L’activité bactérienne y est également plus élevée, ce qui sous-entend une possible biodégradation en milieu naturel.
Cette hypothèse est renforcée par l’observation des mêmes tendances lorsque les plastiques sont ensuite mis dans un milieu sans autre source de carbone.
Enfin, nous avons pu observer la toxicité de certaines formulations d’OXO dont les additifs pro-oxydants contiennent du Cobalt. Aucune toxicité n’est en revanche détectée pour les additifs à base de Manganèse et/ou de Fer, qui permettent d’atteindre des niveaux d’oxydation similaires après vieillissement. Ce résultat aura des retombées directes sur le choix des produits utilisés par les industriels dans la conception des plastiques OXO.

Dans la seconde partie du projet, l’utilisation de traceurs isotopiques permettra de démontrer la biodégradabilité de manière directe. Cette avancée technologique permettra également de déterminer les taux de biodégradation des OXO par les bactéries, ainsi que d’identifier quelles sont les bactéries marines capables de prendre part aux processus complexes de biodégradation.
Ces résultats pourraient avoir des conséquences importantes sur le marché des OXO, mais aussi de manière plus générale sur le marché des plastiques biodégradables.

Dépôt d’une enveloppe SOLEAU N°DSO2017012612 (20/12/2017) pour la protection du protocole « Détermination de la biodégradabilité aérobie des plastiques en eau de mer »

Les déchets plastiques en mer constituent un problème environnemental planétaire (descripteur 10 de la directive cadre stratégie sur le milieu marin) puisque presque 10% des 299 millions de tonnes de plastique produits dans le monde terminent accidentellement ou délibérément dans l’environnement. Les Océans sont considérés comme le réceptacle ultime des déchets plastiques. Les plastiques contenant des additifs pro-oxydant appelés oxo-biodégradables (OXO) ont été introduit dans le marché (10% des sacs plastiques en France sont des OXO) comme un matériel « biodégradable », mais leur devenir dans le milieu marin est peu connu.
Le projet OXOMAR réunit le plus grand fabricant d’OXO en Europe (Symphony Symphony Environmental Technologies), une PME spécialisée dans la valorisation des recherches académiques sur le vieillissement des polymères (CNEP), et trois unités académiques (ICCF, LOMIC, IFREMER) spécialisés en chimie des matériaux, en microbiologie marine et en toxicologie.
L’objectif du projet OXOMAR est d’évaluer la dégradation abiotique (tâche 1) et biotique (tâche 2) des OXO en mer, ainsi que leur toxicité potentielle pour les organismes marins (tâche 3).
Ce projet présente plusieurs originalités incluant:
(i) l’utilisation d’un vieillissement artificiel qui permettra de prédire le devenir d’OXO de différentes compositions (incluant un polymère hybride OXO-HYDRO) soumis aux facteurs abiotiques des océans,
(ii) la combinaison de méthodes originales utilisant un marquage par des isotopes stables 13C-OXO qui produira les premières estimations du taux de biodégradation des OXO en mer, ainsi que l’identification originale des bactéries qui réalisent cette dégradation,
(iii) l’évaluation de la toxicité potentielle des OXO en considérant à la fois l’ingestion des micro-plastiques et le relargage d’additifs pro-oxydant en utilisant une combinaison inégalée d’organismes marins de niveaux trophiques, d’habitats et de comportements alimentaires différents.
L’évaluation du devenir dans l’environnement des nouvelles formulations de plastiques est un enjeu sociétal et environnemental majeur, qui répond parfaitement aux objectifs du « Défi 1 » (ORIENTATION 4). Le potentiel d’innovation scientifique est très élevé dans ce projet, puisque très peu d’études existent à ce jour sur le devenir des OXO en milieu marin. Les nouveaux résultats obtenus dans ce projet PRCE seront mutuellement profitables aux partenaires académiques et industriels, et pour le marché des OXO en général. Par exemple, « l’impact de l’utilisation des sacs plastiques oxo-biodégradables dans l’environnement » est une des priorités du parlement et du conseil européen pour la réduction de la consommation des sacs plastiques (§20-a1 of Directive 2015-720).

Coordinateur du projet

Monsieur Jean Francois Ghiglione (Laboratoire d'Océanographie Microbienne)

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

SYMPHONY Symphony environmental technologies
IFREMER Laboratoire d'écotoxicologie
CNEP Centre National d'Evaluation de Photoprotection
ICCF-CNRS Institut de chimie de Clermont-Ferrand
LOMIC Laboratoire d'Océanographie Microbienne

Aide de l'ANR 490 285 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2017 - 36 Mois

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