02.05.2022 - Universität Bayreuth

Les particules nanoplastiques aiment la compagnie

Dégradation du polyéthylène dans l'environnement

Le polyéthylène, un plastique à la fois bon marché et facile à traiter, représente près d'un tiers des déchets plastiques dans le monde. Une équipe interdisciplinaire de l'université de Bayreuth a étudié pour la première fois la dégradation progressive du polyéthylène dans l'environnement. Bien que le processus de dégradation conduise à une fragmentation en particules de plus en plus petites, on trouve rarement des particules nanoplastiques isolées dans l'environnement. La raison en est que ces produits de dégradation n'aiment pas rester seuls, mais s'attachent rapidement à des systèmes colloïdaux plus grands, présents naturellement dans l'environnement. Les chercheurs ont présenté leurs résultats dans la revue "Science of the Total Environment".

Le polyéthylène est un plastique qui se présente sous différentes structures moléculaires. Le polyéthylène basse densité (PEBD) est largement utilisé pour l'emballage des biens de consommation courante, tels que les aliments, et est l'un des polymères les plus courants dans le monde en raison de la demande croissante. Jusqu'à présent, on ne disposait que d'estimations sur la façon dont ce plastique très utilisé se dégrade après avoir pénétré dans l'environnement sous forme de déchets. Une équipe de chercheurs du centre de recherche collaborative "Microplastics" de l'université de Bayreuth a étudié cette question de manière systématique pour la première fois. À cette fin, les scientifiques ont mis au point un nouveau dispositif expérimental techniquement sophistiqué. Il est ainsi possible de simuler indépendamment en laboratoire deux processus de dégradation des plastiques bien connus et liés à l'environnement : 1. la photo-oxydation, dans laquelle les longues chaînes de polyéthylène se décomposent progressivement en molécules plus petites et plus solubles dans l'eau lorsqu'elles sont exposées à la lumière, et 2. la fragmentation croissante due aux contraintes mécaniques. Sur cette base, il a été possible d'obtenir des informations détaillées sur les processus physiques et chimiques complexes de la dégradation du PEBD.

La dernière étape de la dégradation du LDPE est particulièrement intéressante pour les études portant sur l'impact potentiel du polyéthylène sur l'environnement. Les chercheurs ont découvert que cette dégradation ne se termine pas par la décomposition du matériau d'emballage libéré dans l'environnement en de nombreuses micro et nanoparticules plastiques, qui présentent un degré élevé de cristallinité. La raison en est que ces minuscules particules ont une forte tendance à s'agréger : elles se fixent rapidement à des systèmes colloïdaux plus grands, composés de molécules organiques ou inorganiques, et font partie du cycle des matériaux dans l'environnement. Les minéraux argileux, les acides humiques, les polysaccharides et les particules biologiques provenant de bactéries et de champignons sont des exemples de tels systèmes colloïdaux.

"Ce processus d'agrégation empêche les nanoparticules individuelles créées par la dégradation du polyéthylène d'être librement disponibles dans l'environnement et d'interagir avec les animaux et les plantes. Toutefois, il ne s'agit pas d'un signal de fin d'alerte. Les agrégats plus grands qui participent au cycle des matières dans l'environnement et contiennent des nanoplastiques sont souvent ingérés par les organismes vivants. C'est ainsi que les nanoplastiques peuvent éventuellement entrer dans la chaîne alimentaire", explique Teresa Menzel, l'un des trois auteurs principaux de la nouvelle étude et chercheur doctoral dans le domaine des matériaux polymères.

Pour identifier les produits de dégradation formés lors de la décomposition du polyéthylène, les chercheurs ont employé une méthode peu utilisée dans la recherche sur les microplastiques : la spectroscopie RMN à l'état solide à polarisation croisée multiple. "Cette méthode nous permet même de quantifier les produits de dégradation issus de la photo-oxydation", explique la co-auteure Anika Mauel, doctorante en chimie inorganique.

Les chercheurs de Bayreuth ont également découvert que la dégradation et la décomposition du polyéthylène entraînent également la formation de peroxydes. "Les peroxydes sont depuis longtemps suspectés d'être cytotoxiques, c'est-à-dire qu'ils ont un effet toxique sur les cellules vivantes. C'est une autre façon dont la dégradation du PEBD constitue une menace potentielle pour les écosystèmes naturels. Ces interrelations doivent être étudiées plus en détail à l'avenir", ajoute la co-auteure Nora Meides, chercheuse doctorante en chimie macromoléculaire.

L'analyse détaillée des processus chimiques et physiques impliqués dans la dégradation du polyéthylène n'aurait pas été possible sans la mise en réseau interdisciplinaire et l'utilisation coordonnée de technologies de recherche de pointe sur le campus de l'université de Bayreuth. Il s'agit notamment de la microscopie électronique à balayage (MEB), de la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDS), de la diffraction des rayons X (XRD), de la spectroscopie RMN, de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC).

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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