Contaminants

La production mondiale de plastique a été multipliée par 200 en 70 ans. Cette utilisation massive dans les objets et produits de consommation du quotidien a conduit à une contamination généralisée de notre environnement, non seulement le milieu aquatique dont les océans, mais aussi l’air et les sols. Si les connaissances progressent sur les impacts environnementaux, elles restent insuffisantes sur les expositions humaines et la santé. Cependant, les nombreuses études expérimentales et quelques données humaines montrent que les microplastiques (MP) et nanoplastiques (NP) passent les barrières biologiques, y compris placentaires, et peuvent s’accumuler en induisant des perturbations métaboliques. Il est urgent d’agir en réduisant l’usage des plastiques et l’exposition des populations aux microplastiques et nanoplastiques (MNP).

 

Micro et nanoplastiques, une pollution généralisée et un impact environnemental

La production mondiale de plastiques provenant du pétrole est passée de 2 Mt en 1950 à 400 Mt en 2022 et a généré plus de 6 300 Mt de déchets plastiques au cours des 70 dernières années, ainsi que la libération de 2,2 Gt de CO₂ par an(soit 7 % des émissions de gaz à effets de serre) contribuant ainsi au changement climatique [1]. Près de la moitié des plastiques ont été produits entre 2000 et 2016 avec une augmentation de près de 4 % par an [2]. Cette énorme production a touché tous les secteurs des produits de consommation et a conduit à une pollution plastique globale de l’environnement, caractérisée par une hétérogénéité de taille de particules allant des macrodéchets aux microplastiques et nanoplastiques (MNP)¹. Ces déchets ont une grande diversité de compositions chimiques associant une matrice polymère synthétique (polyéthylène, polypropylène, polystyrène, polyamide, etc.), des additifs pouvant représenter jusqu’à 50 % en masse du plastique (colorants, stabilisants, plastifiants, retardateurs de flamme, etc.), dont certains sont connus pour être des perturbateurs endocriniens, et des composés non intentionnels² issus de la fabrication, du vieillissement et de contaminations [3]. Les MP peuvent également être vecteurs de micro-organismes pathogènes qui colonisent la surface des particules en formant un biofilm. Les mesures environnementales réalisées ces dernières années montrent que tous les écosystèmes sont pollués par les MP directement issus de la dispersion dans l’eau, l’air et les sols de déchets plastiques et de leurs produits de dégradation [4]. Peu de données permettent actuellement d’évaluer la pollution environnementale par les NP, les méthodes analytiques pour les détecter étant en cours de développement.

À l’échelle mondiale, on estime que 5 milliards de tonnes de plastiques se sont déjà accumulées dans l'environnement [2]. Ils ont généré une pollution multiforme dont la composition chimique représente un danger pour les humains et pour l’environnement. La très faible cinétique de dégradation des matrices polymères synthétiques ajoute une composante temporelle qui est peu prise en compte dans la description de la pollution plastique. La durée nécessaire à la dégradation d’un objet plastique (sac jetable, gobelet, fibres textiles synthétiques, etc.) est estimée à partir d’études en laboratoire de 30 ans à plus de 1 000 ans [5]. Ceci conduit donc à considérer que des objets produits dès les années 1960 peuvent contribuer à la pollution actuelle de manière significative, en particulier par le danger associé à certains additifs utilisés avant la mise en place de la réglementation REACH et qui sont interdits aujourd’hui.

 

Pollution des océans et des écosystèmes marins

Selon une modélisation récente [6], 170 trillions de particules de plastique polluent aujourd'hui la couche superficielle des océans dans les hémisphères Nord et Sud, ce qui correspond à l'exposition des écosystèmes aquatiques à plusieurs millions de tonnes de plastiques, dont la plupart sont des MP. Ils ont été retrouvés dans les systèmes digestifs et respiratoires d’organismes marins divers depuis les huîtres et autres bivalves jusqu’aux poissons. La contamination des poissons a été bien documentée en particulier par l'analyse de leur estomac révélant la présence massive de MP chez de nombreuses espèces, aussi bien pélagiques que benthiques [7]. L'ingestion de MP par les poissons peut provoquer un blocage et des dommages du tractus gastro-intestinal, et de multiples effets toxiques [8]. De plus, les espèces consommées par les humains (coquillages, poissons) pourraient représenter une source de contamination par l’alimentation [9]. La quantification des microplastiques dans les fèces humaines révèle ainsi une contamination allant jusqu'à 14,6 mg de plastiques par personne [10]. Une corrélation de la présence de plastiques avec la consommation de boissons industrielles a été trouvée dans cette étude. La très récente quantification de centaines de milliers de nanoplastiques dans l'eau en bouteille alerte également sur les risques d'ingestion de MNP via les boissons [11].

 

Microplastiques dans l’air

L'étude des MP dans le compartiment atmosphérique a commencé il y a environ 10 ans, et ces derniers ont été détectés pour la première fois en Île-de-France en 2015 [12]. Dans les études récentes menées en Europe, en Amérique et en Asie, des MP ont été détectés dans l’air de villes densément peuplées mais aussi dans des environnements éloignés des activités humaines, ce qui suggère le potentiel de transport des MP de petite taille et de faibles densités sur de longues distances. En France, la détection de MP sur le Pic du Midi confirme leur présence dans la troposphère permettant un transport transocéanique et intercontinental [13]. La pandémie de Covid-19, pendant les périodes de confinement, a été l’occasion de déterminer la part des activités humaines dans les sources des MP dans l’air. La récente publication de Beaurepaire et al. présente les données de dépôts atmosphériques de MP collectés dans la région parisienne pendant le confinement national français du printemps 2020 comparées aux données de dépôts du même site en période d'activité normale en 2021 [14]. Des taux de dépôt significativement plus faibles ont été mesurés pendant le confinement. Cette différence n'est cependant pas observée pour la plus petite classe de taille des MP. Les polymères dominants identifiés étaient le polypropylène, le polyéthylène et le polystyrène. D’autres études ont montré que l’usure des pneus était également une source de MP dans l’air. Ces résultats mettent en évidence l’importance des activités humaines dans la pollution atmosphérique par les MP. Par ailleurs, la présence dans l’air de MP sous forme de fibres, issues des textiles synthétiques utilisés dans les revêtements des sols, les tissus d’ameublement et les vêtements, pose la question de l’effet de la forme dans la toxicité des MP inhalés [15]. La difficile identification des sources de pollution et leur multiplicité sont actuellement un obstacle à la réduction de ces émissions et de l’exposition de la population.

 

Effets des micro et nanoplastiques sur la santé

Plusieurs revues ont été publiées ces dernières années, essentiellement basées sur des études expérimentales avec peu de données humaines [16]. La revue parue très récemment dans The Lancet en janvier 2024, fait le point sur les effets sanitaires potentiels des MNP chez l’Homme [17]. Bien que basée sur l’analyse de 185 publications scientifiques, elle considère que les effets néfastes des MNP sur la santé ne sont pas encore bien compris. Un état des lieux des impacts potentiels des MNP sur divers organes est dressé afin d’identifier les lacunes des connaissances actuelles. Les expositions se font essentiellement par l’alimentation avec l’éventuel passage de la barrière intestinale, mais aussi par inhalation et par la voie cutanée. La pénétration des MNP à travers les épithéliums a été étudiée in vitro. Elle est comparable à ce qui est déjà connu dans le cas des NP intentionnelles et non intentionnelles. Une corona³ composée de biomolécules se forme autour des MNP dans les fluides biologiques. Elle est constituée de protéines, de phospholipides et de sucres et peut faciliter leur pénétration dans les cellules par endocytose et le passage des barrières biologiques. Des MP ont effectivement été identifiés dans de nombreux tissus humains, depuis les organes directement exposés (poumon, peau, intestins) jusqu’aux organes et tissus secondaires (placenta, testicules, cerveau) [17]. Ces données confirment la capacité des MP à franchir les barrières biologiques du corps humain. L'exposition aux MP peut entraîner des effets sur la santé par le stress oxydatif et l'inflammation qu’elle provoque. Un dysfonctionnement immunitaire, une altération du métabolisme biochimique et énergétique et de la prolifération cellulaire ont également été observés. La récente étude de Liu et al. conclut que les MNP pourraient promouvoir le développement de la maladie de Parkinson en favorisant l’agrégation d’une protéine neuronale, l’α-synucléine [18].

La plupart de ces résultats obtenus par des études expérimentales chez l’animal ou sur des cultures cellulaires restent encore à être confirmés, et il existe peu de données humaines des effets des MNP sur la santé. Les études épidémiologiques réalisées chez les travailleurs exposés en milieu professionnel à de fortes teneurs en fibres textiles synthétiques en polyamide (nylon) ou en polyester ont montré des effets pulmonaires, ce qui a conduit à la reconnaissance de cette pathologie comme maladie professionnelle [19]. Cependant, les concentrations auxquelles ont été exposés ces travailleurs sont très supérieures aux concentrations environnementales en MP. En 2022, des MP ont pour la première fois été identifiés dans le sang chez 18 volontaires [20]. Dans une autre étude, une équipe italienne a analysé par microscopie Raman⁴ 6 placentas humains prélevés chez des femmes consentantes ayant eu des grossesses normales pour évaluer la présence de MP : 12 MP d'une taille variant de 5 à 10 μm, de forme sphérique ou irrégulière, ont été retrouvés dans 4 placentas. Ces résultats démontrent que les MP peuvent franchir les barrières biologiques du corps humain [21]. Une autre étude récente a cherché à déterminer chez des volontaires s’il existait une corrélation entre l'abondance des MP fécaux et le statut des maladies inflammatoires de l'intestin (MII) [22]. Les participants étaient en bonne santé ou atteints de MII. Une enquête par questionnaire a permis de recueillir des informations sur leur mode de vie. Une concentration fécale en MP plus élevée a été observée chez les patients atteints de MII par rapport aux participants en bonne santé. Une corrélation positive a été mise en évidence entre la concentration de MP fécales et la gravité des MII, ce qui impliquerait que l'exposition aux MP peut être liée au processus pathologique ou que les MII exacerbent la rétention des MP. Enfin, très récemment il a été démontré la présence de polyéthylène et de chlorure de polyvinyl dans les plaques d’athérome carotidien de patients atteints de pathologies cardiaques mais leur rôle reste à déterminer [23].

 

Conclusion

La plupart des recherches publiées se sont concentrées sur des types spécifiques de MP pour évaluer leur toxicité, tandis que d'autres types de particules de plastique couramment trouvées dans l'environnement n'ont pas encore été étudiés. Les études futures devraient examiner l'exposition aux MNP en tenant compte des concentrations environnementales, des effets dose-dépendants, de la susceptibilité individuelle et des facteurs de confusion. Les outils analytiques adéquats et normalisés pour échantillonner, détecter, quantifier et caractériser les MNP, en particulier les NP, doivent encore être développés pour mieux caractériser l'exposition humaine par les principales voies d’exposition par ingestion et inhalation. Après exposition, l'absorption des MP a pu être démontrée par leur détection dans les fèces humaines, le placenta et le sang. Cependant, les conséquences pour la santé, si elles sont suspectées à travers les nombreuses études expérimentales, restent encore à étudier. Des études épidémiologiques dont on mesure la difficulté sont nécessaires. Il est urgent d’agir sans attendre et pour cela d’estimer l'exposition quotidienne aux MNP dans les populations humaines et ses sources principales afin de les minimiser autant que possible, ce qui implique de réduire l’utilisation des plastiques. Le recyclage et le réemploi des plastiques sont des solutions qui se développent pour réduire la production de plastiques vierges, mais il est important d’analyser si elles n’induisent pas de nouveaux dommages pour les populations humaines et l’environnement, en particulier par la formation de composés non intentionnels.

 

Les auteurs de l’étude participent au projet de recherche financé par la Commission européenne sur la toxicité des micro et nanoplastiques (Projet n° 965367, H2020 PlasticsFate).

 

Références

[1] Stegmann P, Daioglou V, Londo M, van Vuuren DP, Junginger M. Plastic futures and their CO₂ emissions. Nature 2022 ; 612 : 272-6.

[2] Geyer R, Jambeck JR, Law KL. Production, use, and fate of all plastics ever made. Sci Adv 2017 ; 3 : e1700782.

[3] Wiesinger H, Wang Z, Hellweg S. Deep Dive into Plastic Monomers, Additives, and Processing Aids. Environ Sci Technol 2021 ; 55 : 9339-51.

[4] Ryberg MW, Hauschild MZ, Wang F, Averous-Monnery S, Laurent A. Global environmental losses of plastics across their value chains. Resour Conserv Recycl 2019 ; 151 : 104459.

[5] Andrady AL. Persistence of Plastic Litter in the Oceans. In : Bergmann M, Gutow L, Klages M, eds. Marine Anthropogenic Litter. Cham : Springer International Publishing, 2015 : 57-72.

[6] Eriksen M, Cowger W, Erdle LM, et al. A growing plastic smog, now estimated to be over 170 trillion plastic particles afloat in the world's oceans-Urgent solutions required. PLoS One 2023 ; 18 : e0281596.

[7] Foley CJ, Feiner ZS, Malinich TD, Höök TO. A meta-analysis of the effects of exposure to microplastics on fish and aquatic invertebrates. Sci Total Environ 2018 ; 631-2 : 550-9.

[8] Zazouli M, Nejati H, Hashempour Y, Dehbandi R, Nam VT, Fakhri Y. Occurrence of microplastics (MPs) in the gastrointestinal tract of fishes: A global systematic review and meta-analysis and meta-regression. Sci Total Environ 2022 ; 815 : 152743.

[9] Latchere O, Audroin T, Hétier J, Métais I, Châtel A. The need to investigate continuums of plastic particle diversity, brackish environments and trophic transfer to assess the risk of micro and nanoplastics on aquatic organisms. Environ Pollut 2021 ; 273 : 116449.

[10] Zhang N, Li YB, He HR, Zhang JF, Ma GS. You are what you eat: Microplastics in the feces of young men living in Beijing. Sci Total Environ 2021 ; 767 : 144345.

[11] Qian N, Gao X, Lang X, et al. Rapid single-particle chemical imaging of nanoplastics by SRS microscopy. Proc Natl Acad Sci U S A 2024 ; 121 : e2300582121.

[12] Dris R, Gasperi J, Rocher V, Saad M, Renault N, Tassin B. Microplastic contamination in an urban area: a case study in Greater Paris. Environmental Chemistry 2015 ; 12 : 592-9.

[13] Allen S, Allen D, Baladima F, et al. Evidence of free tropospheric and long-range transport of microplastic at Pic du Midi Observatory. Nat Commun 2021 ; 12 : 7242.

[14] Beaurepaire M, Gasperi J, Tassin B, Dris R. COVID lockdown significantly impacted microplastic bulk atmospheric deposition rates. Environ Pollut 2024 ; 344 : 123354. 

[15] Eberhard T, Casillas G, Zarus GM, Barr DB. Systematic review of microplastics and nanoplastics in indoor and outdoor air: identifying a framework and data needs for quantifying human inhalation exposures. J Expo Sci Environ Epidemiol 2024 ; 34 : 185-96. 

[16] Xu JL, Lin X, Wang JJ, Gowen AA. A review of potential human health impacts of micro- and nanoplastics exposure. Sci Total Environ 2022 ; 851 (Pt 1) : 158111.

[17] Ali N, Katsouli J, Marczylo EL, Gant TW, Wright S, Bernardino de la Serna J. The potential impacts of micro-and-nano plastics on various organ systems in humans. EBioMedicine 2024 ; 99 : 104901.

[18] Liu Z, Sokratian A, Duda AM, et al. Anionic nanoplastic contaminants promote Parkinson's disease-associated α-synuclein aggregation. Sci Adv 2023 ; 9 : eadi8716. 

[19] Prata JC. Airborne microplastics: Consequences to human health? Environ Pollut 2018 ; 234 : 115-26.

[20] Leslie HA, van Velzen MJM, Brandsma SH, Vethaak AD, Garcia-Vallejo JJ, Lamoree MH. Discovery and quantification of plastic particle pollution in human blood. Environ Int 2022 ; 163 : 107199. 

[21] Ragusa A, Svelato A, Santacroce C, et al. Plasticenta: First evidence of microplastics in human placenta. Environ Int 2021 ; 146 : 106274.

[22] Yan Z, Liu Y, Zhang T, Zhang F, Ren H, Zhang Y. Analysis of Microplastics in Human Feces Reveals a Correlation between Fecal Microplastics and Inflammatory Bowel Disease Status. Environ Sci Technol 2022 ; 56 : 414-21.

[23] Marfella R, Prattichizzo F, Sardu C, et al. Microplastics and Nanoplastics in Atheromas and Cardiovascular Events. N Engl J Med 2024 ; 390 : 900-10.

 

 

 

¹ Les microplastiques (MP) sont des « particules de matière plastique solides et insolubles dans l’eau dont la taille ne dépasse pas 5 millimètres » selon la définition du Programme des Nations Unies pour l’environnement, UNEP. Les particules inférieures à 1 micromètre (μm) sont désignées sous le nom de nanoplastiques (NP) ou les micro-nanoplastiques (MNP).

² Les composés non voulus ou non intentionnels (non intentionnally added substances [NIAS]) incluent les monomères, les produits de dégradation et les contaminants chimiques.

³ La « corona » ou couronne représente l’ensemble des molécules biologiques (protéines, lipides, sucres, acides humiques, etc.) adsorbées à la surface des particules. Elle est importante du fait de la grande surface spécifique des nanoparticules.

⁴ La microscopie Raman est une technique de spectro-imagerie utilisée pour identifier les MP dans des prélèvements environnementaux et des échantillons biologiques. Elle permet de déterminer leur composition chimique, la taille et la forme des particules.