Comment les micro- et nanoplastiques s'infiltrent dans les glaces de l'Arctique

«Beat the Microbead» est le nom d'une campagne lancée en 2012 dans le but de réduire l'utilisation des microplastiques dans les produits cosmétiques afin de minimiser les effets négatifs sur l'environnement et les personnes. Pour Alice Pradel, cette campagne a été un signal d'alarme. «En tant que jeune scientifique de l'environnement, j'ai été choquée de voir que nous introduisions tous ces produits chimiques dans l'environnement sans nous préoccuper de leur devenir», se souvient-elle. À peu près à la même époque, des images circulaient sur la Grande plaque de déchets du Pacifique : un immense tapis de déchets au milieu du Pacifique, constitué en grande partie de déchets plastiques et symbolisant l'excès de plastique d'origine anthropique. En 2020, environ 400 millions de tonnes de plastique ont été produites dans le monde ; sur ce total, 9% ont été recyclés, 12% ont été incinérés et le reste a fini dans des décharges, dans l'environnement ou dans la mer.

Désintégration dans de nouvelles propriétés

«Ce qui me fascine dans les sciences de l'environnement, c'est qu'elles me permettent d'en apprendre toujours plus sur notre relation avec l'environnement», explique AlicePradel. «Pour moi, se préoccuper de la Terre, c'est aussi mieux la comprendre. Dans le cadre de ses études de master à l'Université de Rennes, dans le nord-ouest de la France, elle s'est intéressée à la manière dont différents produits chimiques, tels que les pesticides, s'accumulent dans les sols et autres milieux poreux. En 2018, elle a assisté à une conférence donnée par Julien Gigault, chimiste au CNRS. Il a expliqué aux étudiantes et étudiants comment le plastique présent dans l'environnement est décomposé en particules de plus en plus petites par des processus biotiques et abiotiques et comment le matériau acquiert ainsi de nouvelles propriétés. Cette miniaturisation permet aux particules d'envahir tous les systèmes écologiques, ce qui a fasciné et choqué Alice Pradel.

Elle a ensuite rédigé sa thèse de doctorat, sous la direction de Julien Gigault, sur la question de savoir comment et où les micro et nanoplastiques s'accumulent dans les matériaux poreux. Alors qu'elle approchait de la fin de ce projet, elle a été stupéfaite de découvrir que de grandes quantités de microplastiques s'étaient également accumulées dans la glace de mer de l'Arctique. Des études l'avaient confirmé peu de temps auparavant. La glace est une substance poreuse ; elle présente des zones plus ou moins denses, ainsi que des cavités et des écoulements microscopiques d'eau salée entre les cristaux de glace. Il y a donc un échange constant entre l'eau de mer et la glace - et l'intérêt d'Alice Pradel pour ce phénomène a commencé à croître. «Des micro et nanoparticules peuvent se loger entre les cristaux de glace. C'est très problématique, car c'est précisément là que les microalgues se développent le mieux», explique-t-elle. D'autres scientifiques ont montré que ces algues absorbent les additifs plastiques toxiques, ce qui leur permet d'entrer dans la chaîne alimentaire de l'Arctique.

Une étude de 2018 a montré que ce sont les plus petites particules microplastiques qui sont les plus répandues dans la glace de mer. Par définition, les microplastiques ont une taille inférieure à 5 centimètres, et les nanoplastiques une taille inférieure à 1 micromètre. Les chercheuses et chercheurs ne peuvent pas quantifier les particules de plastique inférieures à 10 micromètres, ce qui constitue la limite analytique. «Cela suggère que nous ne pouvons ni voir ni mesurer avec précision la majeure partie du plastique présent dans la glace de mer», explique Alice Pradel.

Le travail des postdocs pour une meilleure analyse

Dans le cadre de sa thèse de doctorat, Alice Pradel a mis au point une méthode de culture de la glace de mer en laboratoire. Depuis avril 2022, elle cultive ces carottes de glace dans le cadre d'une bourse postdoctorale au département des sciences de l'environnement de l'ETH Zurich. La première étape de sa méthode consiste à refroidir l'eau de mer dans une colonne de verre avec un gradient de température allant de 1°C (extrémité inférieure) à -5°C (extrémité supérieure). Après 19 heures, un noyau de glace d'une dizaine de centimètres d'épaisseur se forme à l'extrémité supérieure. Si des particules micro et nanoplastiques sont ajoutées à l'eau de mer au début, Alice Pradel peut suivre la façon dont les particules passent de l'eau à la glace, où elles restent.

Aujourd'hui, Alice Pradel mène des recherches au sein du groupe dirigé par le professeur Denise Mitrano, qu'elle a rencontrée lors d'une conférence, lequel étudie les particules anthropogéniques, leur toxicité et leur impact sur l'environnement. On y a notamment mis au point des méthodes analytiques qui permettent de mesurer les micro- et nanoplastiques avec beaucoup plus de précision, ce qui constitue un complément idéal aux recherches d'Alice Pradel. L'un des principaux problèmes liés à la quantification des micro- et nanoplastiques consiste à distinguer le carbone contenu dans les matériaux naturels, tels que les algues, de celui contenu dans le plastique. Les scientifiques peuvent contourner ce problème en ajoutant des traceurs inorganiques aux particules de plastique. Ces traceurs sont, comme il se doit, des oligo-éléments, qui servent de substituts aux plastiques et permettent de mesurer efficacement les particules de plastique dans la glace à l'aide de méthodes d'analyse environnementale standard, notamment la spectrométrie de masse à plasma inductif.

Première expédition dans l'Arctique

Pour ses analyses, Alice Pradel collabore également avec des chercheurs et chercheuses de l'Institut fédéral suisse de recherches sur la forêt, la neige et le paysage (WSL). Elle utilise la tomographie au laboratoire du WSL à Davos pour analyser ses carottes de glace à -15°C, et les images qui en résultent fournissent des données sur la porosité et la structure de la glace. «Cela nous donne des informations importantes sur l'endroit où les particules micro et nanoplastiques s'accumulent», explique Alice Pradel. Les expériences actuelles montrent que les particules nanoplastiques sont transportées à travers la glace de la même manière que les sels dissous dans l'eau de mer. En revanche, l'accumulation des microplastiques dans la glace de mer dépend davantage de la densité des particules.

Alice Pradel pense que ses expériences peuvent également ouvrir de nouvelles possibilités dans d'autres domaines de recherche. «Le réchauffement climatique rend toute la glace de mer arctique beaucoup plus dynamique. La glace elle-même s'amincit, les processus de fonte s'accélèrent et la redistribution des sels et des particules dans la glace s'accélère». Les expériences d'Alice Pradel permettent de simuler ces évolutions en laboratoire sans avoir à se rendre en Arctique. «Cela est d'autant plus logique que notre objectif est de mener des recherches sur l'environnement en respectant le climat», explique-t-elle. Cependant, ses recherches ne lui permettront pas d'éviter complètement les voyages dans le Grand Nord : l'hiver prochain, Alice Pradel se rendra pour la première fois dans l'océan Arctique afin de mesurer le plus précisément possible l'empreinte plastique de l'humanité dans la glace.