Comment les micro et nanoplastiques arrivent dans la glace arctique

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Alice Pradel, membre de l’ETH, dans la chambre froide : elle crée ici des
Alice Pradel, membre de l’ETH, dans la chambre froide : elle crée ici des noyaux de glace dans des colonnes remplies d’eau de mer afin d’étudier le transport de micro et nanoplastiques dans la glace. (Photo : Michel Büchel / ETH Zurich)

La scientifique environnementale Alice Pradel cultive des carottes de glace en laboratoire afin d’y étudier le transport et l’accumulation de micro et nanoplastiques. Elle souhaite ainsi mieux comprendre les flux de substances dans la glace arctique.

"Beat the Micro Bead" est le nom d’une campagne lancée en 2012, dont l’objectif est de réduire l’utilisation de microplastiques dans les produits cosmétiques afin d’endiguer les effets négatifs sur l’environnement et les personnes. Pour Alice Pradel, cette campagne a été un appel au réveil. "En tant que jeune scientifique environnementale, j’étais choquée de voir que nous déposions tous ces produits chimiques dans l’environnement sans nous intéresser à ce qu’ils devenaient", se souvient-elle. A peu près à la même époque, les images du "Great Pacific garbage patch", l’immense tapis de déchets au milieu du Pacifique, composé en grande partie de déchets plastiques, ont fait le tour du monde et sont devenues le symbole de l’excès de plastique anthropogène. En 2020, environ 400 millions de tonnes de plastique ont été produites dans le monde ; neuf pour cent ont été recyclés, 12 pour cent incinérés - et tout le reste a fini dans des décharges, dans l’environnement ou dans la mer.

De nouvelles propriétés grâce au broyage

"Ce qui me fascine dans les sciences de l’environnement, c’est que j’ai la possibilité d’en apprendre continuellement plus sur notre relation avec l’environnement", explique Pradel. "Se soucier de la Terre, c’est aussi pour moi mieux la comprendre". Dans le cadre de son master à l’université de Rennes, dans le nord-ouest de la France, elle s’est concentrée sur la manière dont différents produits chimiques, par exemple les pesticides, s’accumulent dans les sols et autres milieux poreux. En 2018, elle a assisté à une conférence de Julien Gigault, chimiste au CNRS. Il a expliqué aux étudiants comment le plastique présent dans l’environnement est décomposé en particules de plus en plus petites par des processus biotiques et abiotiques, ce qui confère au matériau de nouvelles propriétés. Le fait que cette miniaturisation permette aux particules de pénétrer dans tous les systèmes écologiques a à la fois fasciné et choqué Pradel.

Elle a ensuite rédigé sa thèse de doctorat chez Gigault sur la question de savoir comment et où les micro et nanoplastiques s’accumulent dans les matériaux poreux. Vers la fin, elle a constaté avec étonnement que de grandes quantités de microplastiques s’étaient également accumulées dans la glace de mer arctique. Des études l’avaient prouvé peu de temps auparavant. La glace est également très poreuse, il y a des endroits plus ou moins denses, des cavités et des flux d’eau salée microscopiques entre les cristaux de glace. Il y a donc un échange permanent entre l’eau de mer et la glace - et Pradel a commencé à s’y intéresser de plus en plus. "Le fait que des micro et nanoparticules puissent se déposer entre les cristaux de glace est très problématique. Car ce sont précisément les endroits où les microalgues se développent le mieux", explique-t-elle. D’autres chercheurs ont montré que les algues absorbent des additifs plastiques toxiques et que ceux-ci peuvent se retrouver dans la chaîne alimentaire arctique.

En 2018, une étude a montré que les plus petites particules de microplastiques se trouvent le plus souvent dans la glace de mer. Par définition, les microplastiques sont plus petits que cinq centimètres, les nanoplastiques sont même plus petits qu’un micromètre. Les chercheurs ne peuvent plus quantifier les particules de microplastiques de moins de dix micromètres ; ils se heurtent à des limites analytiques. "Nous en concluons que nous ne pouvons ni voir ni mesurer avec précision la plus grande partie du plastique dans la glace de mer", explique Pradel.

Postdoc pour une meilleure analytique

Pendant sa thèse de doctorat, la chercheuse a mis au point une méthode de laboratoire pour faire pousser de la glace de mer en laboratoire. Depuis avril 2022, Pradel cultive ses carottes de glace dans le cadre d’un postdoctorat de l’ETH au Département des sciences de l’environnement de l’ETH Zurich. Pour ce faire, elle refroidit de l’eau de mer dans une colonne de verre avec un gradient de température qui va de 1 °C (extrémité inférieure) à -5 °C degrés (extrémité supérieure). Après 19 heures, un noyau de glace d’une dizaine de centimètres d’épaisseur se forme à l’extrémité supérieure. Si l’on ajoute au départ des micro et des nano particules de plastique à l’eau de mer, Pradel peut comprendre comment les particules passent de l’eau à la glace et s’y déposent.

Aujourd’hui, Pradel fait de la recherche dans le groupe de Denise Mitrano, qu’elle a rencontrée lors d’une conférence. Le groupe de Mitrano s’intéresse aux particules anthropogéniques, à leur toxicité et à leurs effets sur l’environnement. Elle a notamment développé des méthodes d’analyse qui lui permettent de mesurer les micro et nanoplastiques avec beaucoup plus de précision. Cela complétait parfaitement les recherches de Pradel. L’un des principaux problèmes de la quantification des micro et nanoplastiques est de distinguer le carbone des matériaux naturels, comme les algues, de celui du plastique. Les chercheurs peuvent contourner ce problème en ajoutant des traceurs inorganiques aux particules de plastique. Elles utilisent comme traceurs 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 standard d’analyse environnementale, dont la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif.

Première expédition dans l’Arctique

Pour ses analyses, Pradel coopère également avec des chercheurs de l’Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage (WSL). Au laboratoire du WSL à Davos, elle utilise des tomographes de glace pour analyser ses carottes de glace à -15 °C. Les images qui en résultent permettent de tirer des conclusions sur la porosité et la structure de la glace. "Cela nous donne des indications importantes sur l’endroit où les micro et nano particules plastiques s’accumulent", explique Pradel. Les expériences en cours montrent que les particules de nanoplastiques sont transportées à travers la glace de la même manière que les sels dissous dans l’eau de mer. Dans le cas des microplastiques, en revanche, l’accumulation dans la glace de mer dépend davantage de la densité des particules.

Pradel est convaincue que ses expériences ouvrent également de nouvelles possibilités dans d’autres domaines de recherche : "En raison du réchauffement global, l’ensemble de la glace de mer arctique devient beaucoup plus dynamique. Elle s’amincit, les processus de fonte se déroulent plus rapidement et la répartition des sels et des particules dans la glace s’accélère". Leurs expériences permettent de simuler de telles évolutions en laboratoire, sans que les chercheurs ne doivent s’envoler pour l’Arctique. "C’est également judicieux dans l’optique d’une recherche environnementale respectueuse du climat". Sa recherche ne pourra toutefois pas se passer entièrement d’expéditions. 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.

Samuel Schläfli