Les microplastiques sont partout. Définis comme des débris de plastique de moins de cinq millimètres de long, les microplastiques semblent s’être frayés un chemin dans pratiquement toutes les masses d’eau de la planète.
Des recherches publiées en 2023 ont estimé que plus de 170 000 milliards de particules de plastique flottent dans nos océans. Constituées principalement de microplastiques, toutes ces trillions de petites particules représentent un total estimé à plus de 2 millions de tonnes métriques.
En Caroline du Nord, la toute première étude d’échantillonnage des microplastiques dans les cours d’eau douce de notre État, financée par la National Atmospheric and Oceanic Administration et le North Carolina Sea Grant, a révélé que 670 millions de microplastiques se déversent chaque année dans le Pamlico Sound à partir du bassin de la rivière Neuse.
Les microplastiques étant devenus omniprésents, tenter de les éliminer de nos cours d’eau peut sembler une bataille perdue d’avance. Mais à l’université d’État de Caroline du Nord, des chercheurs du département d’ingénierie chimique et biomoléculaire mettent au point un outil qui pourrait contribuer à uniformiser les règles du jeu. Si cette technologie s’avère viable, elle permettrait de capturer et d’éliminer les microplastiques de l’eau en répandant simplement de petites boulettes fabriquées à partir de matériaux sans danger pour l’environnement.
Dans un article publié dans la revue Advanced Functional Materials, les chercheurs ont démontré la faisabilité d’un système à cycle unique permettant d’éliminer activement les microplastiques de l’eau.
« Nous avons démontré comment de multiples principes peuvent être intégrés dans un système qui fonctionne en un seul cycle », indique Orlin Velev, auteur correspondant de l’article et S. Frank and Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering à NC State. « L’idée qui sous-tend ce travail est la suivante : Pouvons-nous fabriquer des matériaux de nettoyage sous forme de particules souples qui se dispersent dans l’eau, capturent les microplastiques lorsqu’ils coulent, puis reviennent à la surface avec les contaminants microplastiques capturés ? »
L’approche innovante des chercheurs repose sur ce que l’on appelle les colloïdes dendritiques souples, qui peuvent adhérer à presque n’importe quelle surface. Des recherches antérieures menées par le laboratoire de M. Velev ont permis de mettre au point ces matériaux uniques.
Selon Velev et le premier auteur de l’article, Haeleen Hong, étudiante en doctorat, la nature collante des particules nettoyantes leur permet d’attirer les microplastiques et de s’y accrocher, même dans les conditions humides et salées de l’eau de mer. De plus, les particules sont fabriquées à partir de chitosane, qui provient de déchets de crustacés transformés.
Lorsqu’ils sont séchés en gouttelettes suspendues au-dessus d’une surface hydrophobe, les colloïdes dendritiques souples prennent la forme de petites boulettes. Lorsque ces boulettes sont ensuite jetées dans l’eau, les particules qu’elles contiennent s’autodispersent et se répandent pour chasser les microplastiques. Une huile d’origine végétale est infusée dans les granulés pour faciliter la dispersion.
« Cette huile permet aux granulés de se déplacer dans l’eau grâce à ce que l’on appelle « l’effet bateau de camphre », en diminuant la tension superficielle d’un côté du granulé et en le faisant avancer. Cela permet à nos micro-nettoyeurs de se répandre sur une plus grande surface, capturant les microplastiques au fur et à mesure qu’ils se déplacent et descendent », explique M. Hong.
Les particules nettoyantes descendent naturellement, ramassant de plus en plus de microplastiques au fur et à mesure de leur descente. Mais comment remontent-elles à la surface ? Les micro-nettoyants contiennent également un peu de magnésium, qui réagit avec l’eau pour les faire remonter. Toutefois, pour éviter que les particules ne reviennent trop vite, les chercheurs ont recouvert le magnésium d’une couche de gélatine qui retarde la réaction chimique. Le retard causé par la couche de gélatine donne aux micro-nettoyeurs plus de temps pour ramasser d’autres microplastiques tout au long de leur descente tourbillonnante.
« À mesure que la gélatine se dissout, le magnésium génère des bulles et les micro-nettoyeurs montent, ramenant les particules de plastique capturées à la surface dans un mélange dense et écumeux », ajoute M. Hong.
Leur article de recherche a montré que les particules nettoyantes peuvent « nager » et collecter les microplastiques pendant une demi-heure. Une fois que les nettoyants chargés de microplastiques flottent à la surface, les particules peuvent être collectées à l’aide d’une écumoire.
On ne sait pas encore exactement comment les microplastiques affectent les humains et le reste de l’environnement. En 2020, l’Organisation mondiale de la santé a procédé à un examen approfondi des données scientifiques disponibles et a conclu que les recherches n’étaient pas suffisantes à l’époque pour déterminer si les microplastiques présentaient un risque pour la santé humaine. Mais la NOAA les considère certainement comme une menace potentielle pour la vie aquatique.
Article, “Designing of Self-Dispersing Soft Dendritic Microcleaners for Microplastics Capture and Recovery,” a été coécrit par Rachel Bang, ancienne doctorante de NC State, et Lucille Verster, actuelle doctorante de NC State.
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