Une nouvelle façon de voir les plastiques
Les chercheurs de l'Institut océanographique de Woods Hole affirment que la prise en compte de la persistance du plastique peut minimiser les impacts environnementaux
Woods Hole, Massachusetts — La pollution plastique représente une menace importante pour les écosystèmes et la santé humaine. Diverses stratégies visant à réduire ce type de pollution comprennent la réduction de la production de plastique, la diminution de la production de déchets plastiques et l’amélioration des matériaux et de la conception des produits en plastique.
Des chercheurs ont mis au point un système de mesure de la durabilité pour la conception écologique de produits en plastique à faible persistance dans l’environnement. Selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) et publiée dans la revue ACS Sustainable Chemistry & Engineering, le respect de ce système pourrait apporter des avantages environnementaux et sociétaux substantiels.
« Alors que la pollution plastique menace les écosystèmes et la santé humaine, l’utilisation de produits en plastique continue d’augmenter. Pour limiter ses effets néfastes, il faut concevoir des stratégies de produits en plastique tenant compte des menaces que les plastiques représentent pour l’environnement. Nous avons donc développé une mesure de durabilité pour l’écoconception de produits en plastique à faible persistance environnementale et à performance sans compromis », selon l’étude.
Concevoir des plastiques à usage unique selon cette approche peut avoir un impact considérable. Les analyses de l’étude indiquent que le passage à des matériaux alternatifs pour les couvercles de gobelets à café à usage unique, tels que le diacétate de cellulose et les polyhydroxyalcanoates, pourrait réduire les coûts environnementaux pour la société de plusieurs centaines de millions de dollars.
En général, les produits sont conçus pour être respectueux de l’environnement, principalement en équilibrant les compromis entre diverses préoccupations environnementales, telles que les émissions de gaz à effet de serre et l’épuisement des ressources, car il existe des cadres et des ensembles de données permettant d’estimer ces types d’impacts. Le choix d’un type de plastique plutôt qu’un autre est souvent utilisé pour atteindre cet objectif. Cependant, à ce jour, aucun cadre de sélection des matériaux n’a pris en compte ou quantifié la persistance environnementale, ou le temps pendant lequel un article en plastique reste dans l’environnement en tant que pollution, comme une préoccupation environnementale majeure.
« Ce qui est important à déterminer, c'est comment nous pouvons concevoir des matériaux, des produits et des processus fonctionnels, durables et respectueux de l'environnement qui incarnent tous les principes de l'ingénierie des matériaux verts dans le monde futur dans lequel nous allons vivre », a déclaré l'auteur principal Bryan James, scientifique et ingénieur des matériaux qui est chercheur postdoctoral au département de chimie et géochimie marines du WHOI. « Quels sont les prochains ensembles de stratégies et d'outils que les ingénieurs, les concepteurs de produits et même le consommateur moyen peuvent utiliser pour faire les meilleurs choix pour l'environnement, sans avoir à sacrifier les performances du produit ? »
Pour développer cette mesure de durabilité, les chercheurs ont « intégré le taux de dégradation environnementale du plastique dans les stratégies de sélection des matériaux établies, en déduisant des indices de matériaux pour la persistance environnementale. Notre analyse identifie les matériaux et leurs propriétés qui méritent d’être développés, adoptés et investis pour créer des produits en plastique fonctionnels et moins impactants pour l’environnement », indique l’étude.
L’élaboration et la mise en œuvre d’un indicateur de durabilité pour la persistance ont été difficiles en raison du manque de données suffisantes pour la large gamme de plastiques utilisés dans les biens de consommation. Ce n’est que récemment que les scientifiques ont eu suffisamment de données sur les taux de dégradation environnementale réalistes de différents types de plastiques pour qu’ils puissent mieux prendre en compte les différents types de propriétés des plastiques et les mettre en œuvre dans la conception.
Grâce à ces données, les chercheurs montrent désormais que le remplacement d'un matériau plastique par un autre peut réduire le coût d'un produit et les émissions de gaz à effet de serre incorporées, mais que ce changement pourrait avoir un bien plus grand avantage en termes de minimisation de la durée de vie environnementale et de persistance. Par exemple, si un concepteur de produit ne prenait en compte que le coût et les émissions de gaz à effet de serre, l'acide polylactique serait un bon choix. Pourtant, ce matériau persiste dans l'océan. En comparaison, le diacétate de cellulose et les polyhydroxyalcanoates, bien qu'actuellement à peine plus chers que l'acide polylactique, peuvent avoir des émissions de gaz à effet de serre plus faibles et ne persistent pas dans l'océan.
« Quatre-vingt-dix-neuf pour cent des articles publiés sur la pollution plastique nous disent à quel point elle est grave. Cet article aborde la question d'une manière beaucoup plus avant-gardiste, en s'interrogeant sur la manière de résoudre un problème de manière scientifique, réalisable et économiquement viable », a déclaré Christopher Reddy, co-auteur et scientifique principal au département de chimie et géochimie marines du WHOI.
À titre d’exemple, les chercheurs ont appliqué cette mesure à la refonte d’un article en plastique à usage unique du quotidien, les couvercles de tasses à café. Actuellement, des milliards de couvercles de tasses à café jetables sont utilisés chaque année, ce qui représente environ 5 % de tous les débris plastiques collectés lors des opérations de nettoyage des côtes dans le monde. Avec trois couvercles de tasses à café différents actuellement utilisés, notamment des couvercles en acide polylactique, en polypropylène et en polystyrène, les chercheurs ont évalué quel matériau de couvercle disponible sur le marché réduisait le plus l’impact environnemental.
« Qu’est-ce qui est le mieux : un couvercle qui émet un peu plus de gaz à effet de serre mais qui persiste moins longtemps dans l’environnement ou un couvercle qui émet moins de gaz à effet de serre mais qui persiste plus longtemps ? Pour répondre à cette question, nous attribuons une valeur monétaire aux deux options en termes de coût de fabrication du produit et de coût pour l’environnement et les services écosystémiques », a déclaré James. « Le simple fait de fabriquer des produits qui persistent moins longtemps parce qu’ils n’existent plus ou qui disparaissent plus rapidement réduit considérablement ce coût pour la société. »
« Lorsqu’on vous demande de fabriquer un nouveau couvercle de tasse à café qui doit être durable et écologique, et que vous devez déterminer quel polymère est le plus respectueux de l’environnement, actuellement, le vert peut prendre en compte la quantité d’énergie utilisée pour fabriquer le plastique ou la quantité de gaz à effet de serre émise. Mais le calcul actuel d’un concepteur ne prend pas en compte la persistance du couvercle. Ce que Bryan a fait avec le développement de cette mesure est révolutionnaire », a ajouté Reddy, qui co-conseille James avec le co-auteur Collin Ward, scientifique associé au département de chimie et géochimie marines du WHOI.
« Ce qui est important dans cette étude, c’est qu’elle permet de passer de la définition du problème de la pollution plastique à la recherche de solutions au problème. Les plastiques sont des matériaux extrêmement utiles – ils ne sont pas près de disparaître. Mais tout le monde s’accorde à dire que la quantité de plastique qui s’échappe dans l’environnement est un problème. Le cadre présenté dans cette étude représente une première étape importante vers la résolution de ce problème en concevant des matériaux qui répondent simultanément aux besoins des consommateurs et qui ne persistent pas s’ils s’échappent accidentellement dans l’environnement », a déclaré Ward.
James a souligné que grâce à des stratégies réfléchies pour prendre de bonnes décisions de conception, « les scientifiques, les ingénieurs et les concepteurs ont la possibilité d’avoir un impact significatif sur la crise de la pollution plastique. Les mesures et les méthodes développées dans cette étude peuvent orienter les décisions de conception et les priorités de recherche pour atteindre cet objectif. »
Ce travail a été soutenu par le programme de bourses postdoctorales du WHOI, avec un financement fourni par la bourse postdoctorale Weston Howland Jr. Un soutien supplémentaire a été fourni par le WHOI Ocean Vision Fund 2030, la National Science Foundation des États-Unis, le Seaver Institute et la March Marine Initiative (un programme de March Limited, Bermudes) par le biais du programme Marine Microplastics Innovation Accelerator du WHOI.
Auteurs : Bryan D. James,1,2,* Collin P. Ward1, Mark E. Hahn2, Steven J. Thorpe3 et Christopher M. Reddy1
Affiliations :
1Département de chimie marine et de géochimie, Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole, MA, États-Unis
2Département de biologie, Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole, MA, États-Unis
3Département de science et d'ingénierie des matériaux, Université de Toronto, Canada
À propos de l'Institut océanographique de Woods Hole
La Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) est une organisation privée à but non lucratif basée à Cape Cod, dans le Massachusetts, qui se consacre à la recherche marine, à l'ingénierie et à l'enseignement supérieur. Fondée en 1930, sa mission première est de comprendre l'océan et son interaction avec la Terre dans son ensemble, et de communiquer une compréhension du rôle de l'océan dans l'évolution de l'environnement mondial. Les découvertes pionnières de la WHOI sont le fruit d'une combinaison idéale de science et d'ingénierie, qui en a fait l'un des leaders les plus fiables et les plus avancés techniquement dans la recherche et l'exploration océaniques fondamentales et appliquées au monde. La WHOI est connue pour son approche multidisciplinaire, ses opérations navales supérieures et ses capacités inégalées en robotique en haute mer. Nous jouons un rôle de premier plan dans l'observation des océans et exploitons la suite de plateformes de collecte de données la plus complète au monde. Les meilleurs scientifiques, ingénieurs et étudiants collaborent sur plus de 800 projets simultanés dans le monde entier, au-dessus et en dessous des vagues, repoussant les limites de la connaissance et des possibilités. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site www.whoi.edu
