Sédi-PLAST (2020-2024)

Le projet Sedi-PLAST « Microplastiques (MP) dans les sédiments continentaux et les archives sédimentaires » propose de combiner une approche sédimentologique à l’analyse de microplastiques (MP) dans les sédiments. Le premier objectif est de comprendre les relations entre (1) les environnements de dépôts sédimentaires (composition minéralogique, texture, temps de résidence des sédiments) et (2) la teneur, la taille et la nature des MP retrouvés dans les sédiments. A travers l’étude de carottes sédimentaires, ce qui est particulièrement novateur et original, et en lien avec la contamination des sédiments récents et de surface, il s’attache d’autre part à évaluer les trajectoires temporelles des pollutions plastiques à l’échelle des bassins versants anthropisés. En collaboration avec les gestionnaires des milieux aquatiques (OFB, Agences de l'Eau), il permettra aussi de co-construire un outil de surveillance des MP.

Coordinateur : Johnny Gasperi, johnny.gasperi@univ-eiffel.fr

Partenaires : LEE, LEESU, ICCF, METIS, GéHCO, LSCE, LEHNA

Le projet s’organise autour de quatre WorkPackages complémentaires.

WP1 : Développements méthodologiques

Le projet Sedi-PLAST s’attache à deux types de développements méthodologiques. Le premier réside dans le développement d’une procédure robuste de séparation et d’analyse de MP dans les sédiments. Si certains protocoles sont à ce jour disponibles (séparation densimétrique seule ou couplée avec une digestion de la matière organique), ces derniers ne sont pas adaptés à des sédiments très cohésifs, ne permettent pas d’étudier les MP sur une large gamme de taille de particules (de quelques µm à plusieurs mm), ni de fractionner les MP en différentes classes de densité. Combiner des séparations densimétriques avec des solutions de densité croissante permettrait d’étudier plus finement le lien entre densité des MP et la contamination du sédiment. Une fois isolés, les MP sont généralement observés visuellement, comptés et caractérisés par spectroscopie infra-rouge (IRTF) ou Raman. Ces comptages et caractérisations sont extrêmement chronophages car ces étapes ne sont pas automatisées. Face à ces obstacles, la pyrolyse - chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (Pyr-GC-MS) semble une opportunité intéressante (Hendrickson et al. 2018) pour accéder à une analyse globale, sans préoccupation de taille. Cette méthode sera développée et testée pour l’analyse de MP dans les sédiments.

WP2 : Contamination des sédiments par les MP et représentativité des milieux de dépôts

Le WP2 a pour objectif de mieux comprendre les mécanismes d’archivage des MP dans les sédiments. En effet, les MP sont partie prenante du transport solide dans les bassins versant et sont donc soumis aux mêmes conditions de mise en suspension/dépôts que les sédiments (Nizzetto et al. 2016). Dans ces conditions, on peut imaginer que l’archivage dans les sédiments des MP est contrôlé par des processus complexes intervenant à l’échelle 1) de la particule via les capacités de transport associées aux caractéristiques intrinsèques de tailles, formes et densités, 2) de la station de prélèvement avec de multiples environnements de dépôts sédimentaires et de conditions de conservation, 3) du bassin versant en prise à l’influence des processus hydro-sédimentaires à différentes échelles de temps. Le WP2 vise ainsi à une calibration méthodologique à partir d’une grande quantité d’échantillons prélevés dans différents contextes. A cet effet, différents environnements de dépôts sédimentaires seront échantillonnés dans 3 systèmes fluviaux (Seine, Loire-Allier et Rhône) sur des sites pré-identifiés pour lesquels nous disposons d’une représentation conceptuelle de leur fonctionnement (diachronie, mesure de débits, etc.). Un milieu lacustre sera également considéré comme site de référence pour des bassins versants représentatifs de la contamination ambiante. En milieu fluviatile, les sédiments seront prélevés dans les différents compartiments du lit majeur (annexe hydraulique, plaine d’inondation, zone d’aménagements), chaque zone présentant des spécificités en termes de composition minéralogique, de texture et d’âge des sédiments. Ces sédiments, prélevés en grandes quantités, seront échantillonnés selon différentes méthodologies (benne à sédiment, piège à particules, etc.), et caractérisés selon les approches sédimentologiques (granulométrie, teneur en matière organique, minéralogie, etc.). Leur teneur en MP et la distribution des polymères seront ensuite évaluées. La confrontation des résultats permettra de mieux comprendre les liens entre teneurs, tailles et nature des MP et les processus hydro-sédimentaires lors de l’archivage des MP. Les pièges à particules permettront d’étudier les processus de sédimentation et d’évaluer la représentativité de la contamination des sédiments sur la hauteur de la colonne d’eau. Ils seront installés à différentes profondeurs sur deux sites fluviatiles et le site lacustre.

WP3 : MP et archives sédimentaires

Dans le WP3, sera abordée la question de l’évolution des MP au cours du temps, en termes de qualité, de quantité et de conservation. Cette approche des MP étudiés dans des archives sédimentaires est particulièrement novatrice et permettra 1) d’évaluer les trajectoires temporelles des pollutions plastiques à l’échelle des bassins versants, et 2) la constitution de valeurs de référence permettant d’apprécier les teneurs relevées en surface comparativement aux phases de pollutions historiques récentes des bassins versants (60 ans). Pour les fleuves, s’il existe bien des environnements de dépôts où s’opère une sédimentation continue, il est rare d’accéder à des chroniques centennales pour un site donné. A titre d’exemple, les différentes phases d’aménagement des fleuves (par exemple sur le Rhône les aménagements Girardon du 19ème et la mise en place des barrages pendant le 20ème siècle) ont profondément modifié la bande active des fleuves ainsi que les processus sédimentaires dans les différents compartiments du lit majeur. Cette connaissance préalable de l’influence des aménagements du fleuve est essentielle pour appréhender la notion d’archive sédimentaire en milieu fluvial. Les équipes du consortium ont démontré leur expertise sur cette problématique, avec l’échantillonnage et l’analyse de nombreuses carottes sédimentaires sur le bassin de la Loire (Dhivert et al. 2016), de la Seine (Lorgeoux et al. 2015) ou du Rhône (Desmet et al. 2012). Dans cette tâche, des carottes sur les 3 systèmes fluviaux (Seine, Loire-Allier et Rhône), une en milieu lacustre et une dans la darse d’un port continental seront analysées. Même s’ils demeurent aujourd’hui méconnus, les MP au sein de la colonne sédimentaire sont soumis à différents processus d’altération (variabilité du pH ou des conditions rédox, bioturbation, etc.). Sur la base des compétences utilisées par les polyméristes sur l’altération et le vieillissement des polymères, l’état de conservation des MP dans les archives sédimentaires sera examiné.

WP4 : Définition d’un nouvel outil de surveillance et de gouvernance des risques liés aux MP

Sur le plan opérationnel, la finalité du projet Sedi-Plast est de proposer un nouvel outil de suivi environnemental dans la surveillance de la contamination des cours d’eaux par les MP. Il servira de base à une réflexion avec les gestionnaires sur ce qui pourrait être un suivi des MP intégré dans le dispositif de suivi des masses d’eau. Alors que les campagnes de mesure sur la colonne d’eau s’heurtent à différents désavantages (mise en œuvre de filets de différentes mailles et difficultés dans la mise en œuvre des filets, sédimentation des MP au sein de la colonne d’eau), le sédiment s’avère un outil intégrateur. En concertation avec les gestionnaires des milieux aquatiques (AFB, Agences de l’Eau), cet outil en se basant sur le lien entre la typologie des sédiments et leur représentativité au regard de leur composition en MP, proposera une méthodologie et des recommandations pour 1) la localisation des stations de collecte, 2) la collecte de sédiments et 3) l’analyse des MP dans le sédiment. Cet outil pourra servir à court terme pour l’observation des changements d’usage de plastiques, et à long terme, à l’évaluation des politiques publiques.