Un colorant orange, de l’eau et des particules de polystyrène. Après dix jours, la couleur avait presque disparu: environ 90% de la substance s’était dégradé. Dans les autres solvants utilisés comme comparaison, en revanche, presque rien. C’est l’un des essais par lesquels un groupe de chercheur a mis au jour quelque chose d’assez gênant sur les microplastiques : au contact de l’eau, leur surface peut devenir chimiquement active.
L’étude publiée dans Nature, coordinatrice de chercheurs de l’Université Columbia et de l’Université de Californie à Berkeley, montre que certaines des plastiques les plus courants génèrent spontanément des espèces réactives de l’oxygène, parmi lesquelles des radicaux hydroxyles. Des molécules extrêmement réactives qui, dans les expériences, ont aussi été associées à des dommages sur les protéines et sur les cellules.
La plastiques, en somme, pourrait faire plus que flotter, s’accumuler ou transporter des substances sur leur surface. Une fois réduite en fragments minuscules et immergée dans l’eau, cette même surface participe à la chimie qui se déroule autour.
Que se passe-t-il lorsque le plastique et l’eau se rencontrent
Les chercheurs ont analysé six polymères d’un usage très répandu: polypropylène (PP), polyéthylène (PE), PVC, polystyrène (PS), PET et PMMA, le plexiglas. Dans tous les cas, ils ont constaté la production spontanée de radicaux, bien que d’intensité très variable.
Ce qui fait réellement la différence semble être surtout l’hydrophobicité, c’est-à-dire la propension d’une surface à repousser l’eau. Plus le plastique est hydrophobe, plus son activité chimique à l’interface avec l’eau est importante.
Et c’est ici que les dimensions prennent une importance considérable. Lorsqu’un morceau de plastique se fragmente, la surface exposée par rapport à son volume s’accroît énormément. Un objet apparemment stable devient des milliers, voire des millions, de particules dotées d’une surface de contact avec l’environnement bien plus grande.
Les simulations moléculaires menées par le groupe de Teresa Head-Gordon à Berkeley aident à expliquer le mécanisme. À proximité de la surface hydrophobe du plastique, l’arrangement de l’eau et les charges électriques présentes à l’interface rendent le transfert d’électrons énergétiquement plus favorable. De ce processus peuvent se former des radicaux hydroxyles, indiqués par •OH.
En termes plus simples: l’eau ne se contente pas d’imbiber le microplastique. Dans certaines conditions, la rencontre entre les deux crée une petite zone chimiquement bien plus active que ce que l’on pensait.
Les effets observés sur les protéines et les cellules
La partie la plus délicate de l’étude survient lorsque les chercheurs ont tenté de comprendre ce que cette activité impliquait dans un système biologique.
Les molécules chargées avaient tendance à s’accumuler à la surface des microplastiques. En utilisant le lisozyme comme protéine modèle, l’équipe a observé la formation d’agrégats près des particules de polystyrène. Lorsqu’on a ajouté de la caféine, employée dans l’expérience comme substance capable d’intercepter les radicaux, l’agrégation a diminué de manière sensible. Un autre indice du rôle joué par les espèces réactives générées à la surface.
Puis sont arrivés les globules rouges de souris. Après le contact avec certaines microplastiques, une partie des cellules a présenté des altérations de leur forme et une libération d’hémoglobine, signe d’hémolyse. Là encore, l’intensité des dommages suivait de près l’activité chimique mesurée pour les différents types de plastiques.
Ce sont des résultats importants, mais il faut garder à l’esprit les limites de l’expérience: il s’agit de tests en laboratoire, de protéines modèles et de globules rouges de souris. L’étude esquisse un mécanisme possible par lequel les microplastiques peuvent endommager des systèmes biologiques; elle ne prouve pas que boire de l’eau issue d’une bouteille en plastique provoque automatiquement ces effets chez l’être humain.
La dose, les dimensions des particules, leur surface, la durée d’exposition et ce qui arrive aux plastiques dans le monde réel restent des variables déterminantes.
Le plastique pourrait devoir être conçu différemment
Cependant, cette découverte remet en question une hypothèse pratique : considérer les plastiques comme des matériaux essentiellement inertes et se concentrer surtout sur les substances qu’ils peuvent transporter ou libérer. Le problème naît aussi de la surface elle-même.
Selon les auteurs, comprendre quelles caractéristiques rendent certaines plastiques plus réactives pourrait aider à concevoir des matériaux avec des interactions avec l’eau moins problématiques. La Columbia University, en présentant la recherche, indique précisément la chimie des surfaces comme une voie possible pour développer des plastiques plus sûrs; dans l’article, les auteurs déclarent aussi que l’université a déposé une demande de brevet provisoire fondée sur ce travail.
Il reste encore pas mal de chemin entre une expérience contrôlée et une nouvelle génération de bouteilles, contenants ou emballages. Mais une chose est désormais plus difficile à considérer comme acquise: lorsque le plastique devient assez petit et qu’il rencontre l’eau, il pourrait être bien moins passif que ce que suggère son apparence.
