Chaque année, l’humanité produit sa propre masse en plastique, dont plus de la moitié est volontairement conçue pour une durée de vie inférieure à un mois. La lente décomposition biologique des plastiques résulte en une fragmentation progressive et la formation de microplastiques. « Microplastique » désigne ici une particule polymère synthétique mesurant 1-5000 µm de long. Ces 20 dernières années, l’intérêt dans la recherche sur les microplastiques a considérablement augmenté, passant de moins d'une centaine à plusieurs milliers d'articles scientifiques publiés chaque année. Tandis que la pollution de microplastiques soulève des préoccupations sur l’état des environnements marins, d’autres compartiments environnementaux sont sous-étudiés en comparaison. Bien que l’on estime une accumulation de 97% de la masse en déchets plastiques sur le compartiment terrestre, les études sur le sol et l’atmosphère ne représentait que 6% de toute la recherche sur les microplastiques en 2017.
L'atmosphère est particulièrement sous-étudiée, avec des estimations variables des dépôts actuels modélisés de microplastiques de l’atmosphère vers le sol, allant de 0.26 à 16 millions de tonnes (Mt/an), sans considération des compositions des polymères. L’objectif principal de cette thèse a été d’évaluer l’évolution temporelle des dépôts atmosphériques de microplastiques à partir d’analyses de teneurs en microplastiques dans des archives de tourbières à sphaignes. Au commencement de cette thèse, aucun protocole ne permettait l’isolation des microplastiques ≥ 1 µm dans des matrices végétales. Par conséquent nous avons développé une technique novatrice et un protocole permettant cette prouesse. Le manuscrit en résultat a été publié dans le journal scientifique Chemosphere, Elsevier : doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138487.
Durant nos analyses, nous avons réalisé des expériences de recouvrement en utilisant des billes en plastique de substitution, nous interrogeant toutefois sur leur pertinence pour reproduire le comportement de fragments ; le type morphologique le plus commun parmi les plus petits microplastiques. Ces interrogations ont mené à un travail expérimental sur le lien entre la taille des particules et le recouvrement analytique, démontrant que les petites particules ne sont pas plus facilement perdues que les plus grandes. Ces résultats ont été publiés dans le journal scientifique Microplastics & Nanoplastics, Springer: doi.org/10.1186/s43591-023-00071-5.
A la suite de la validation de notre protocole de « digestion assistée anaérobie », nous avons procédé à son application sur des échantillons environnementaux réels. Les résultats sur l’évolution temporelle des dépôts atmosphériques de microplastiques dans trois tourbières dispersées, i.e. en France métropolitaine, à La Réunion et au Japon, ont révélé une multiplication par 26 entre 2000 et 2020; couramment estimée à 30 ± 10 g/km²/jour en 2020. Le polyéthylène (PE) constituait la grand majorité des microplastiques identifiés ; un signe révélateur de notre consommations accrue de plastique à usage unique. Cette thèse présente les premiers résultats sur l’évolution temporelle des dépôts atmosphériques de microplastiques, en utilisant des données empiriques.
Ces découvertes se sont accompagnées de divers autres champs de recherches, desquels nous avons acquis du contenu scientifique pouvant être publié sur les sujets : (i) microplastiques (> 1 µm) contenus dans l’eau en bouteille et (ii) la fragilité induite de types de plastiques spécifiques par l’exposition aux UVC.
La contribution scientifique résultant de cette thèse pourrait aider, à mettre en lumière les désavantages d’une société dépendante au plastique et à inciter les décideurs publics à légiférer en défaveur de mauvais usages du plastique. |
Each year, humankind produces its own mass in plastic, yet more than half of all plastic items are purposefully manufactured to be discarded within less than a month. The slow biological decomposition of plastics results in gradual fragmentation and the generation of microplastics. ‘Microplastic’ defines any synthetic polymer particle measuring between 1-5000 µm on its longest axis. During the last 20 years, the interest in microplastic research has seen remarkable a surge, wherein the of number scientific articles has increased from less than a hundred to several thousand per year. While microplastic pollution poses concern for the state of the marine environment, other environmental compartments are understudied in comparison. Soil- and atmospheric studies comprised only 6% of all environmental microplastic research in 2017, although the terrestrial compartment is estimated to accommodate more than 97 mass% of all plastic waste.
The atmospheric compartment is particularly understudied, exhibiting variance in model estimates of current atmospheric to terrestrial microplastic deposition from 0.26 to 16 million tonnes (Mt)/year, without the consideration of polymeric composition. The principal objective of this thesis was to evaluate the temporal evolution of atmospheric microplastic deposition from empirical data collected through the analysis of microplastic content in natural ombrotrophic Sphagnum moss peat archives. At the outset of this thesis, no current protocol facilitated the isolation of microplastics ≥ 1 µm in vegetal matrices. Therefore, we developed a novel technique using µRaman spectroscopy to enable this feat. The resulting manuscript was published in the peer-reviewed scientific journal Chemosphere, Elsevier: doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138487.
During our analyses, we performed recovery experiments using surrogate plastic beads but questioned whether their behavior was relevant to that of fragments; the most common morphological type in the size range of fine microplastics. This doubt led to experimental work on the link between particle size and analytical recovery, demonstrating that smaller particles are not necessarily more easily lost than their larger equivalents. These results were published in the peer-reviewed scientific journal Microplastics & Nanoplastics, Springer: doi.org/10.1186/s43591-023-00071-5.
Upon the validation of our ‘purged air-assisted digestion’-protocol, we proceeded to its application on real environmental samples. Ultimately, results on the temporal evolution of atmospheric microplastic deposition in three globally dispersed peat bog locations i.e. mainland France, La Réunion and Japan, revealed a 26-fold increase from the 2000 to 2020; currently estimated at 30 ± 10 g/km²/day in 2020. Here, polyethylene (PE) made up the vast majority of identified microplastics; a tell-tale sign of our increased consumption of single-use plastic items. This thesis showcases the first results on the temporal evolution of atmospheric microplastic deposition using empirical data.
Along with these discoveries, several other areas of microplastic research were explored and from these we possess scientific content to publish on the topics of: (i) microplastic (>1 µm) content in bottled water and (ii) brittleness invoked in specific plastic types from UVC exposure.
The scientific contributions resulting from this thesis, may help to highlight the disadvantages of a plastic-dependent society and incite policy-makers to legislate against avoidable plastic misuse. Single-use plastics in particular, are important contributors in the generation of microplastics. Due to the sheer amount of existing legacy plastic within the environment it is unlikely that we will experience a decrease in the atmospheric microplastic charge in this century, even if all plastic production ceased in this year. |