Des microplastiques et nanoplastiques au contact de l’eau génèrent spontanément des radicaux libres hautement réactifs, selon une étude publiée le 14 octobre dans la revue Nature. Menés par des chercheurs de Columbia University et de l’Université de Californie à Berkeley, ces travaux remettent en cause l’inertie chimique traditionnellement attribuée aux plastiques.
Des radicaux libres naissent au contact de l’eau
Les matières plastiques sont généralement perçues comme chimiquement inertes, ce qui justifie leur usage intensif pour l’emballage alimentaire, le conditionnement de l’eau et la fabrication de jouets.
Lorsqu’un fragment de plastique se fragmente en particules microscopiques, sa surface totale augmente de façon spectaculaire par rapport à son volume. Cette vaste surface exposée modifie la couche d’eau environnante, favorisant des transferts d’électrons et la création de radicaux libres oxygénés, selon les observations de l’équipe de recherche de Columbia et de Berkeley.
Cette réactivité s’explique par le caractère hydrophobe de ces matériaux, qui repoussent l’eau et créent une interface propice à la formation de radicaux hydroxyles. Les simulations dynamiques et théoriques réalisées par le laboratoire de Teresa Head-Gordon à Berkeley indiquent que les ions hydroxyde présents dans les couches d’eau immédiates perdent plus facilement un électron à proximité de ces surfaces hydrophobes. Les tests menés sur six plastiques courants — le polyéthylène, le polypropylène, le polystyrène, le polychlorure de vinyle, le PET et l’acrylique — ont tous mis en évidence la production de molécules de radicaux hydroxyles, les versions les plus hydrofuges comme le polyéthylène et le polypropylène se révélant les plus actives.
Comme l’a indiqué Wei Min selon Columbia, « à mesure que le plastique se fragmente en particules de plus en plus petites, sa surface augmente considérablement. Les microplastiques modifient alors l’eau qui les environne en générant des radicaux réactifs à haute énergie qui contribuent très probablement aux dommages biologiques observés chez les animaux et potentiellement chez les humains à la suite d’une exposition aux microplastiques ».
Les cellules sanguines attaquées par les particules
Le sang humain et les milieux intracellulaires étant majoritairement composés d’eau, ces découvertes ouvrent de nouvelles pistes pour comprendre les risques sanitaires liés aux polluants plastiques. Des recherches antérieures parues dans des revues telles que le New England Journal of Medicine, Nature Medicine et Nature Health avaient déjà établi des corrélations entre l’exposition aux microplastiques et des pathologies graves, incluant les infarctus, les accidents vasculaires cérébraux, la démence et les tumeurs cérébrales. Le mécanisme exact restait toutefois mal cerné.
Au cours de leurs tests en laboratoire, les scientifiques ont observé des signes tangibles de dommage cellulaire. En présence de particules de polystyrène, des globules rouges de souris ont développé des formes altérées évoquant des casques, tandis que de l’hémoglobine s’est échappée des cellules. De surcroît, une protéine nommée lysozyme s’est agrégée à la surface des particules, un phénomène qui a pu être neutralisé par l’ajout de caféine.
Des centaines de milliers de fragments invisibles dans l’eau
Ces travaux s’inscrivent dans le prolongement d’une étude de référence menée en 2024 par le même groupe de recherche de Columbia University.
Grâce à une technologie de microscopie laser inédite, les scientifiques avaient alors démontré qu’un litre d’eau embouteillée prélevée auprès de trois marques contenait en moyenne près de 240 000 fragments de plastique détectables, constitués en grande majorité de nanoplastiques. Cette concentration s’avérait de dix à cent fois supérieure aux estimations antérieures.
Cette omniprésence documentée dans la chaîne alimentaire a fait de la lutte contre ces polluants une urgence de santé publique. Pour répondre à cet enjeu, le gouvernement fédéral américain a financé cette année un programme de 144 millions de dollars destiné à neutraliser les effets toxiques des microplastiques dans l’organisme humain, tandre que l’U.S. Environmental Protection Agency a intégré pour la première fois ces contaminants à sa liste fédérale de surveillance de l’eau potable.
De nouvelles solutions techniques à l’étude
Face à l’ampleur de la contamination, les équipes pluridisciplinaires étudient de nouvelles solutions techniques. Des collaborations unissent le groupe de Beizhan Yan — rattaché au Lamont-Doherty Earth Observatory, qui fait partie de la Columbia Climate School — avec des chercheurs tels que Phoebe Stapleton à Rutgers University, ainsi que Rebecca Florsheim et Terry Gordon de New York University afin de cartographier la répartition de ces particules dans les tissus humains et d’évaluer leur transfert fœtal chez les animaux lors de la gestation.
En parallèle, les ingénieurs planchent sur des modifications de conception pour les plastiques usuels et sur des dispositifs de filtration avancés. L’objectif à long terme, souligné par Teresa Head-Gordon, consiste à repenser la chimie de ces plastiques de commodité pour atténuer leur toxicité environnementale et biologique, tout en réduisant les émissions directes issues des machines à laver ou des sèche-linge grâce aux travaux menés sur la récupération des microfibres.
Les scientifiques avaient déjà démontré qu’un litre d’eau embouteillée prélevée auprès de trois marques contenait en moyenne près de 240 000 fragments de plastique détectables.
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