Impacts des microplastiques biodégradables et conventionnels sur la santé des sols contaminés par le Cd et l’As

Introduction

La pollution plastique, et en particulier celle des microplastiques, constitue une préoccupation environnementale croissante. Leur présence dans les écosystèmes terrestres, notamment dans les sols, suscite des interrogations quant à leurs effets sur la santé du sol et les organismes qui y vivent. Cet article examine les impacts des microplastiques, tant biodégradables que conventionnels, sur les propriétés physico-chimiques et biologiques des sols contaminés par le cadmium (Cd) et l’arsenic (As).

Types de microplastiques étudiés

Différents types de microplastiques ont été analysés pour cette étude :

• Microplastiques conventionnels : Polyéthylène (PE), Polypropylène (PP) et Polystyrène (PS)
• Microplastiques biodégradables : Polybutylène adipate téréphtalate (PBAT) et Polyhydroxyalkanoates (PHA)

Leur taille, leur structure et leur potentiel de dégradation ont été considérés pour évaluer leurs effets différents sur les sols contaminés aux métaux lourds.

Méthodologie

Des sols artificiellement contaminés en Cd et As ont servi de base expérimentale. Les microplastiques ont été incorporés à des concentrations réalistes et ensuite soumis à différentes analyses tout au long de la période d’incubation.

Les variables suivantes ont été surveillées :

• Composition et diversité microbienne
• Activités enzymatiques fondamentales du sol
• Mobilité et biodisponibilité du Cd et de l’As
• Propriétés physico-chimiques générales du sol

Effets des microplastiques sur la santé du sol

Microplastiques conventionnels

Les microplastiques conventionnels présentent une faible biodégradabilité, persistant dans l’environnement et interférant avec les cycles naturels du sol. Leur présence a conduit à :

• Une altération de la structure du sol par modification de la porosité et de l’agrégation
• Une diminution des activités enzymatiques clés (déshydrogénase, phosphatase)
• Un déséquilibre de la communauté microbienne, impactant davantage les bactéries bénéfiques
• Une augmentation de la mobilité du Cd et de l’As, accentuant leur disponibilité pour les plantes et les organismes du sol

Microplastiques biodégradables

Les microplastiques biodégradables présentent des effets parfois moins prononcés mais pas totalement dénués d’impacts :

• Léger accroissement de la diversité microbienne, certains microorganismes métabolisant le polymère biodégradable
• Effet différencié sur les activités enzymatiques, avec une stimulation ou inhibition selon le type d’enzyme
• Influence variable sur la mobilité des métaux lourds : certains polymères biodégradables favorisent la précipitation du Cd et de l’As, rendant moins disponible une fraction de ces composés dans le sol

Influence sur la mobilité et la biodisponibilité des métaux lourds

La présence de microplastiques, qu’ils soient conventionnels ou biodégradables, perturbe significativement la dynamique du Cd et de l’As dans le sol. Les microplastiques agissent comme vecteurs ou entravent la mobilité des métaux selon leur polarité, structure et affinité chimique :

• Les polymères hydrophobes ont tendance à adsorber les métaux lourds, modifiant leur disponibilité
• Les microplastiques biodégradables, du fait de leur décomposition, induisent des modifications de pH et de redox qui influent sur la spéciation des ions métalliques

Effets sur la structure du sol et l’activité biologique

L’ajout de microplastiques induit des changements physiques dans la texture du sol :

• Modification de la stabilité des agrégats
• Altération de la perméabilité et de la rétention hydrique

Sur les plans microbiens et enzymatiques, les microplastiques influencent :

• La croissance et la composition des populations bactériennes et fongiques
• Les cycles du carbone, de l’azote et du phosphore, essentiels pour la fertilité et la productivité des sols

Conséquences écotoxicologiques

L’association de microplastiques et de métaux lourds amplifie les risques pour la santé du sol :

• Synergie délétère : l’effet combiné d’une contamination aux microplastiques et aux métaux lourds s’avère plus négatif que chaque facteur pris isolément
• Atténuation partielle possible avec certains microplastiques biodégradables, mais absence de neutralisation complète des effets toxiques

Implications pour la gestion environnementale

Les résultats montrent que la substitution des plastiques conventionnels par des polymères dits biodégradables n’est pas une solution miracle face à la pollution des sols contaminés. Il subsiste des interactions complexes entre la nature chimique du polymère, les propriétés du sol et les contaminants présents.

Des stratégies combinées de gestion sont nécessaires, incluant :

• Réduction à la source de production et d’usage des plastiques
• Évaluation critique des bénéfices réels des plastiques biodégradables
• Surveillance à long terme des impacts sur la qualité des sols et les biodiversités microbiennes locales

Conclusion

La présence de microplastiques, qu’ils soient conventionnels ou biodégradables, dans les sols contaminés par le Cd et l’As, modifie profondément la dynamique des polluants, la stabilité des propriétés du sol, et la vitalité des communautés microbiennes. Une gestion stricte de l’apport de plastiques, couplée au développement de méthodologies d’assainissement innovantes, demeure primordiale pour préserver la santé des sols.

Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0929139326001617?dgcid=rss_sd_all