Durabilité
Un « Métrique de durabilité » peut-il freiner notre pollution plastique ?
Les plastiques, qui sont principalement constitués de polymères, forment une vaste catégorie de composés organiques synthétiques ou semi‑synthétiques. C’est leur plasticité qui permet aux plastiques d’être moulés en différentes formes et d’avoir de nombreuses utilisations précieuses.
Étant donné que le plastique est bon marché, polyvalent et stérile, il trouve de nombreuses applications, notamment dans les appareils ménagers, l’emballage alimentaire, la construction et les instruments médicaux, ajoutant de la valeur à nos vies.
L’utilisation du plastique au cours des dernières décennies a considérablement augmenté et génère aujourd’hui environ 450 millions de tonnes de déchets plastiques chaque année. En fait, il représente au moins 85 % des déchets marins totaux. La grande majorité des déchets plastiques (46 %) est mise en décharge, seulement 15 % sont collectés pour le recyclage et moins de 9 % sont réellement recyclés. Le reste se transforme en fragments plus petits ou est incinéré.
À mesure que les plastiques deviennent partie du registre fossile de la Terre, ils entraînent de graves conséquences environnementales, sanitaires, sociales et économiques. De plus, des études récentes révèlent une présence croissante de particules minuscules dans notre eau et notre alimentation, aggravant encore ces problèmes.
Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université Columbia a découvert que l’eau en bouteille vendue en magasin peut contenir dix à cent fois plus de plastique que ce qui était estimé auparavant. Les plastiques trouvés dans l’eau étaient sous forme de nanoparticules, qui sont 1 000 fois plus fines que la largeur moyenne d’un cheveu humain. Ces nanoparticules sont si petites qu’elles ne peuvent pas être vues au microscope et peuvent migrer dans la circulation sanguine via les tissus du tube digestif ou des poumons. Une fois dans notre sang, ces minuscules particules peuvent distribuer des produits chimiques synthétiques nocifs à travers notre corps et dans les cellules.
L’étude indique qu’en moyenne, 240 000 particules plastiques ont été détectées dans un litre d’eau, soit l’équivalent de deux bouteilles d’eau de taille standard. Ces particules proviennent de sept types de plastiques, 90 % étant des nanoplastiques et les 10 % restants des microplastiques.
Les microplastiques sont des fragments de polymères allant de moins de 0,2 pouce à 1/25 000 de pouce. Tout ce qui est plus petit est classé comme nanoplastique, mesuré en milliardièmes de mètre.
Cette découverte illustre que les plastiques se détachent constamment, à l’image de la perte de cellules cutanées. Le détachement continu de minuscules fragments plastiques, qui se fragmentent ensuite, souligne l’importance d’utiliser des contenants en acier inoxydable ou en verre pour réduire l’exposition.
Qualifiant l’étude d’« excessivement impressionnante », Sherri « Sam » Mason, directrice du développement durable à la Pennsylvania State University at Erie, qui n’a pas participé à l’étude, a déclaré :
« Le travail qu’ils ont réalisé est vraiment profond… Je l’appellerais révolutionnaire. »
Étudier la structure chimique et les risques des nanoparticules
En 2018, Mason a co‑écrit une étude qui a pour la première fois constaté l’existence de microplastiques et de nanoplastiques dans la grande majorité (93 %) des échantillons d’eau en bouteille. Dans son étude, elle a découvert que chaque litre d’eau pollué contenait en moyenne 300 petites particules ainsi que dix particules de plastique plus larges qu’un cheveu humain.
Ainsi, bien que l’on sache déjà que les nanoplastiques existent, à l’époque il n’était pas possible d’évaluer ces particules, encore moins de découvrir s’il y en avait davantage.
Aujourd’hui, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences lors de la troisième semaine de janvier 2024, une nouvelle technologie a été démontrée, capable non seulement de voir mais aussi de compter et d’analyser la structure chimique des nanoparticules dans l’eau en bouteille.
La nouvelle approche, qui repose sur une version modifiée de la technique laser connue sous le nom de spectroscopie Raman, pourra aider à cela. La microscopie à diffusion Raman stimulée, ou SRS, mesure comment les molécules vibrent en réponse à la lumière et amplifie le signal d’un facteur considérable, permettant ainsi la détection de la nanoparticule. Elle devrait aider à comprendre si les polymères, « la partie plastique du plastique », nuisent au corps.
Cette étude a été la première à utiliser la microscopie dans le domaine des nanoplastiques. L’équipe de recherche a prélevé trois marques d’eau populaires non nommées vendues aux États‑Unis et a constaté qu’elles contenaient entre 110 000 et 370 000 fragments plastiques au lieu de 300 par litre.
« Ces particules peuvent être des nanoparticules inorganiques, des particules organiques, et d’autres particules plastiques qui ne figurent pas parmi les sept principaux types de plastique que nous avons étudiés. »
– Beizhan Yan, qui a participé à la recherche et est professeur associé à l’Earth Observatory de l’Université Columbia
La capacité de cette technologie à voir et analyser les nanoparticules offre l’opportunité de mieux comprendre les risques potentiels pour la santé humaine, en particulier pour les nourrissons et les jeunes enfants dont le cerveau et le corps sont en phase de développement et plus vulnérables aux expositions toxiques.
Parmi les différents types de pollution plastique, les nanoplastiques sont les plus alarmants du fait de leur très petite taille, capable de pénétrer les cellules et les tissus de nos organes majeurs. Une fois là, ces fragments plastiques peuvent potentiellement déposer des produits chimiques tels que les métaux lourds, les phtalates, les bisphénols, les retardateurs de flamme et les PFAS (substances per‑ et polyfluorées). Ces produits chimiques perturbateurs endocriniens (EDC) ont entraîné une hausse spectaculaire des coûts de santé aux États‑Unis, environ 250 milliards de dollars en 2018 seulement, selon des recherches.
Il a déjà été observé que la petite taille des microplastiques leur permet d’absorber des substances toxiques de l’environnement et d’entrer dans la chaîne alimentaire. De plus, tous les produits chimiques utilisés dans la fabrication du plastique n’entrent pas seulement dans notre corps avec le plastique, ils migrent également hors du plastique vers notre corps, qui a une température supérieure à celle de l’environnement extérieur.
Ces produits chimiques pénètrent ensuite dans vos reins, votre foie et votre cerveau. Par la suite, ils sont retrouvés dans le cerveau, le cœur, le foie, les reins et les poumons des enfants à naître, comme l’ont montré des études sur des souris gestantes seulement 24 heures après que la mère ait ingéré ou inhalé des particules plastiques.
« Des micro‑ et nanoplastiques ont été trouvés dans le placenta humain à ce jour. Ils ont été détectés dans les tissus pulmonaires humains. Ils ont été retrouvés dans les fèces humaines ; ils ont été détectés dans le sang humain. »
– Phoebe Stapleton, co‑auteure de l’étude et professeure associée à l’école de pharmacie de l’Université Rutgers
La durabilité des microplastiques indique qu’ils posent des risques écologiques et sanitaires à long terme. De plus, des découvertes récentes suggèrent que des événements naturels comme les ouragans contribuent également à cette pollution en agissant comme de puissants mécanismes de distribution. Cela représente une menace croissante pour les écosystèmes et la santé humaine à l’échelle mondiale.
Résoudre le problème de la pollution plastique grâce à une métrique de durabilité
Alors que de nouvelles technologies et approches sont utilisées pour analyser des nanoparticules auparavant invisibles, des progrès sont également réalisés pour s’attaquer au problème de la pollution plastique. Dans une étude récente, des chercheurs de l’organisation à but non lucratif dédiée à la recherche marine, le Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), ont développé une métrique de durabilité pour la conception écologique de produits plastiques à faible persistance environnementale. Le respect de cette métrique devrait générer des bénéfices environnementaux et sociétaux.
La nouvelle étude a comparé des indices d’impact environnemental des plastiques ainsi que de leurs substituts, démontrant que la prise en compte de la persistance environnementale des plastiques pourrait engendrer des bénéfices de plusieurs centaines de millions de dollars pour un seul produit de consommation.
Ces produits sont généralement conçus en équilibrant les compromis entre l’épuisement des ressources et les préoccupations environnementales. Cet équilibre est nécessaire car, bien que des cadres existent pour estimer ces impacts, aucun n’a encore été développé pour la sélection de matériaux ou la quantification de la persistance environnementale. La dernière étude vise à combler cette lacune en introduisant des métriques et des méthodes pour aider les concepteurs, ingénieurs et scientifiques à prendre des décisions de conception éclairées et à définir les priorités de recherche.
À cet effet, une nouvelle étude publiée dans la revue ACS Sustainable Chemistry & Engineering a développé une métrique de durabilité pour la conception écologique de produits plastiques à faible persistance environnementale.
Malgré les risques que la pollution plastique fait peser sur la santé humaine et les écosystèmes, l’utilisation des produits plastiques continue d’augmenter. Par conséquent, limiter ses dommages nécessite des stratégies de conception pour les produits plastiques informées par les menaces que le plastique pose à l’environnement, comme indiqué dans l’étude.
Dans ce but, une métrique de durabilité a été développée pour l’éco‑conception de produits plastiques, visant à maintenir la performance tout en assurant une faible persistance environnementale. L’analyse identifie les matériaux et leurs propriétés qui méritent d’être développés, adoptés et investis pour fabriquer des produits plastiques moins impactants sur l’environnement tout en restant fonctionnels.
« Ce qui est important à déterminer, c’est comment concevoir des matériaux, des produits et des procédés fonctionnels, durables et bénins qui incarnent tous les principes de l’ingénierie des matériaux verts dans le futur monde dans lequel nous allons vivre. »
– a déclaré le premier auteur Bryan James, scientifique des matériaux et ingénieur
Il a ajouté :
« Quelles sont les prochaines stratégies et outils que les ingénieurs, les concepteurs de produits et même le consommateur moyen peuvent utiliser pour faire les meilleurs choix pour l’environnement sans sacrifier la performance du produit ? »
Pour créer cette métrique, l’étude a utilisé le taux de dégradation environnementale du plastique conjointement aux stratégies établies de sélection de matériaux. Cette approche s’est concentrée sur l’impact environnemental et les caractéristiques de différents matériaux, fournissant un guide basé sur leur persistance dans l’environnement.
Mettre en œuvre une métrique de durabilité pour la persistance a été difficile en raison du manque historique de données complètes sur les différents types de plastiques utilisés dans les biens de consommation. Cependant, avec l’accès récent à des données suffisantes sur les taux de dégradation environnementale réalistes d’une large gamme de plastiques, les chercheurs peuvent désormais illustrer comment le remplacement d’un matériau par un autre dans le processus de conception peut réduire à la fois le coût du produit et ses émissions de gaz à effet de serre.
En considérant les propriétés des différents types de plastiques et en les utilisant stratégiquement, des changements peuvent être effectués pour minimiser la persistance environnementale, offrant ainsi des avantages substantiels.
Par exemple, l’étude a appliqué cette métrique pour passer à des matériaux alternatifs comme l’acétate de cellulose et les polyhydroxyalkanoates pour les couvercles de gobelets à usage unique. Ce changement pourrait réduire les coûts environnementaux pour la société de plusieurs centaines de millions de dollars. Ces couvercles, actuellement fabriqués à partir de matériaux tels que l’acide polylactique, le polypropylène et le polystyrène, contribuent à environ 5 % de tous les débris plastiques recueillis lors des nettoyages côtiers à l’échelle mondiale. L’acétate de cellulose et les polyhydroxyalkanoates, bien que légèrement plus coûteux, ont des émissions de gaz à effet de serre inférieures à celles de l’acide polylactique et ne persistent pas dans l’océan.
Lors de la détermination du matériau de substitution, l’étude a considéré s’il était préférable d’utiliser un matériau avec des émissions de gaz à effet de serre plus faibles mais qui persiste plus longtemps, ou un matériau avec des émissions légèrement plus élevées mais moins persistant. À cette fin, l’étude a attribué une valeur monétaire au coût environnemental de chaque matériau.
« Rendre simplement les produits moins persistants du fait de ne pas être là, ou de disparaître plus rapidement, réduit ce coût pour la société de façon considérable. »
– a déclaré le premier auteur Jame, post‑doctorant au département de Chimie marine & Géochimie du WHOI
En tenant compte de la persistance du couvercle, que les concepteurs ne considèrent pas actuellement, le co‑conseiller Christopher Reddy, scientifique principal du département de Chimie marine & Géochimie du WHOI, a déclaré que cette métrique était « révolutionnaire », car elle fait passer le discours de la définition du problème à la recherche de solutions.
Comme le co‑auteur et co‑conseiller Collin Ward, scientifique associé du département de Chimie marine & Géochimie du WHOI, l’a souligné, étant donné que les plastiques ont une grande utilité, « ils ne vont nulle part de sitôt. » Cependant, tout le monde s’accorde sur le problème de la pollution plastique et sur l’ampleur de son rejet dans l’environnement. Ward a déclaré :
« Le cadre présenté dans cette étude représente une première étape importante vers la résolution de ce problème en concevant des matériaux qui répondent simultanément aux besoins des consommateurs et ne persistent pas s’ils sont accidentellement déversés dans l’environnement. »
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Entreprises développant des solutions novatrices pour éliminer les déchets plastiques
Avec la pollution plastique devenant un problème critique, de nombreuses entreprises à travers le monde travaillent sur des solutions pour éliminer les déchets plastiques des cours d’eau, telles que :
1. SUEZ Group
Cette entreprise européenne se concentre sur la gestion du cycle de l’eau ainsi que sur les solutions de recyclage et de récupération des déchets à l’échelle mondiale. SUEZ Group possède près de 1 700 brevets et dix centres de recherche pour protéger l’environnement.
Les actions de la société sont cotées sur les bourses Euronext de Paris et de Bruxelles et s’échangent actuellement à 19,83 EUR. En septembre 2023, elle a signé deux nouveaux contrats pour des projets d’eau et de déchets afin de soutenir davantage l’ambition de neutralité carbone de la Chine pour 2060.
2. Clearwater Mills
L’entreprise a construit les Trash Wheels pour lutter contre les déchets fluviaux et a jusqu’à présent récupéré environ 2 000 tonnes de déchets. Son fonctionnement repose sur des barrages de confinement configurés en forme de V à travers la rivière, avec des jupes en caoutchouc juste sous la surface de l’eau pour attraper les déchets et les canaliser vers la roue à eau rotative qui les soulève hors de la rivière.
Conclusion
Pour aborder le problème sérieux de la pollution plastique, il est crucial à la fois de comprendre le problème et de découvrir de nouvelles approches pour le résoudre. Comme nous l’avons vu, des études sont menées pour examiner les plastiques au niveau microscopique et évaluer la menace qu’ils représentent pour les écosystèmes et la santé humaine. De plus, les scientifiques travaillent sur diverses stratégies pour réduire la production de plastique et améliorer la conception et les matériaux des objets plastiques. Collectivement, ces efforts aident les concepteurs, les scientifiques et les entreprises à avoir un impact significatif sur la crise de la pollution plastique.
