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La présence de plastiques dans les produits du quotidien, ainsi que dans les processus de fabrication, s’est traduite par la dissémination d’une multitude de matériaux à dégradation lente dans notre environnement et dans notre chaîne alimentaire. Les plastiques se décomposant en minuscules particules (<5 mm de diamètre), il convient d’en étudier les conséquences sur la santé humaine et animale, et sur celle des écosystèmes.
En tant que leader mondial au service de la Science, notre mission est d’aider nos clients à rendre le monde plus sain, plus propre et plus sûr, ce qui signifie fournir des services d’information et de consultation aux clients qui cherchent à identifier et à analyser les microplastiques. Découvrez nos solutions de spectroscopie FTIR et Raman, qui vous aideront à identifier, caractériser et quantifier les microplastiques dans diverses sources d’échantillons (eau en bouteille, eau de mer, flux de déchets industriels). Grâce à ces solutions, nul besoin d’être un expert en spectroscopie.
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Les plages, les vêtements, l’eau en bouteille, le poisson, la bière, l’air et le miel ont tous une chose en commun. Tous contiennent des microplastiques.
D’un diamètre inférieur à 5 millimètres [1], ces microparticules déroutantes constituent, par leur présence dans les chaînes alimentaires et par leur capacité à échapper à la détection des systèmes de purification, un problème qu’il convient de résoudre de façon urgente. Les microplastiques sont de petites particules et de petites fibres plastiques qui proviennent d’objets du quotidien. Voici les sources [2] de ces microplastiques :
- Vêtements
- Peintures
- Poussière de pneu
- Déchets plastiques (sacs, bouteilles, pailles)
- Produits d’hygiène corporelle (microbilles)
À l’échelle mondiale, 83 % de l’eau du robinet testée est contaminée par des fibres microplastiques de 1/10 de millimètre de diamètre seulement [3]. Ces fibres sont disséminées dans l’environnement au cours des activités quotidiennes : lorsqu’on fait une lessive, qu’on nage, qu’on marche dans la rue ou qu’on se lave le visage. Ces microparticules se retrouvent ensuite dans les lacs d’eau douce, dans les rivières, dans les stations d’épuration municipales et enfin, dans l’eau du robinet. Ces sources de contamination ont un impact non seulement sur nos océans, nos lacs et nos sources d’eau, mais également sur la vie des organismes qui s’y développent. La figure 1 présente une analyse des microplastiques présents dans un échantillon d’eau de mer prélevé sur la plage de Pellestrina, dans la lagune de Venise. Les trois particules identifiées sur l’image B possèdent un diamètre compris entre 5 et 10 μm. Les particules jaunes ont été identifiées comme étant du polypropylène et les particules grises ont été identifiées comme étant un pigment PV23 Hoechst Laser.
Lorsque vous entrez dans votre supérette locale, vous supposez que l’eau en bouteille purifiée est exempte de particules nocives. Étonnamment, l’eau en bouteille n’échappe pas à la contamination par microplastiques et en présente en fait une plus forte concentration que l’eau du robinet. Des recherches menées par l’Université d’État de New York, à Fredonia (États-Unis), ont montré que 93 % de l’eau en bouteille testée présentait une contamination par des microplastiques [4]. Ces résultats ont incité l’Organisation mondiale de la Santé (OMS) à évaluer l’ensemble des travaux de recherches disponibles sur les microplastiques afin de comprendre si la consommation, pendant toute une vie, d’aliments et d’eau contaminés par des microplastiques pouvait avoir un impact sur la santé humaine. Malheureusement, les microplastiques n’étant pas détectés dans les systèmes de purification d’eau, ils peuvent tout aussi bien provenir des sources d’eau du robinet qu’être produits par les machines utilisées pendant le processus de mise en bouteille. Cela représente un risque potentiel de responsabilité pour les producteurs de boissons qui tentent actuellement de déterminer la meilleure façon de mesurer les taux de microplastiques dans leurs produits.
L’impact sur la santé humaine de la contamination par microplastiques est actuellement inconnu, car leur découverte est relativement récente. Par conséquent, nous devons trouver des moyens d’étudier la composition et la prévalence des microplastiques, ainsi que leurs effets biologiques et toxicologiques sur l’être humain.
Lorsque les déchets plastiques se dégradent dans notre environnement, ils deviennent de plus en plus petits et se transforment en fibres. Ces fibres peuvent absorber les produits chimiques toxiques présents dans l’eau, tels que les pesticides ou la pollution émise par les navires commerciaux. Les microplastiques pénètrent ensuite dans la chaîne alimentaire lorsque les organismes les consomment, transférant ces toxines dans leur corps. Ces toxines remontent la chaîne alimentaire pour se retrouver ensuite dans nos assiettes. [5]
Bien que l’impact de la transmission de ces toxines, des microplastiques aux humains en passant par les poissons, n’ait pas encore été étudié, nous connaissons les effets de ces toxines sur la santé des poissons et des petits organismes. Les conséquences de l’ingestion des toxines des microplastiques par les poissons peuvent être doubles : l’exposition physique peut causer des lésions tissulaires tandis que l’exposition aux éléments chimiques peut entraîner une bioaccumulation responsable d’une toxicité hépatique. [2, 7]
Pour distinguer ces microparticules, la stratégie actuelle consiste à utiliser un stéréomicroscope et à séparer, de façon fastidieuse, les microplastiques des autres matériaux. [6] Malheureusement, cette méthode visuelle est sujette à des erreurs en raison du diamètre extrêmement faible (<1 mm) des microplastiques et du risque d’erreur humaine et de contamination des échantillons. Ce processus d’identification, quasiment impossible et chronophage, représente un problème complexe.
L’Environmental Protection Agency (Agence américaine de protection de l’environnement, EPA) a organisé, en juin 2017, un atelier réunissant des experts en microplastiques dans le but d’identifier et de hiérarchiser les informations nécessaires pour comprendre les risques et l’impact des microplastiques sur la vie humaine et nos écosystèmes.[6] Parmi tous les besoins identifiés pour la compréhension des risques liés aux microplastiques, le groupe d’experts a déterminé que nous devons normaliser le prélèvement d’échantillons, ainsi que l’extraction, la quantification et la caractérisation des polymères à l’échelle du micron (diamètre ≥ 1 µm et ≤ 1 mm). Ces méthodes devraient être reproductibles, représentatives, exactes et précises, tout en respectant les pratiques appropriées d’assurance qualité / de contrôle qualité (AQ / CQ). Ensuite, les informations obtenues sur la forme des microplastiques, le type de polymère, le diamètre, la composition chimique et le nombre de particules dans un échantillon permettront de déterminer les facteurs réellement pertinents pour la santé humaine et pour celle des écosystèmes. Le groupe, qui a appuyé l’utilisation de méthodes analytiques en complément de la méthode visuelle, recommande l’emploi d’instruments capables de prendre en charge l’automatisation et l’étalonnage pour garantir la reproductibilité des résultats d’une personne à l’autre. [6]
La spectroscopie Raman et la microscopie IR permettent d’identifier correctement un large éventail de particules microplastiques (diamètre de 1 à 5 000 µm) dans des échantillons prélevés dans l’environnement, dans l’industrie, dans les stations d’épuration municipales ou dans les produits de consommation. Ces techniques utilisent la capacité d’interaction de la lumière avec les molécules, ce qui les fait vibrer à certaines fréquences. Ainsi, un spectre (ou un pic de fréquences absorbées ou émises, voir la figure 2) peut fournir l’“empreinte moléculaire” d’une microparticule et identifier ainsi ses composants.
Pour les particules de diamètre >1 μm, le microscope d’imagerie Raman Thermo Scientific DXR3xi offre la puissance analytique nécessaire pour distinguer les microplastiques des autres contaminants avec une résolution spatiale élevée jusqu’à 0,5 µm. Les algorithmes d’analyse multivariables du logiciel Thermo Scientific OMNIC permettent de procéder à une identification spectrale dans une bibliothèque spectrale de matières plastiques et de polymères. Le microscope Raman DXR3xi est doté de fonctionnalités d’étalonnage et d’alignement automatique qui garantissent la précision des mesures et la cohérence entre les opérateurs, ce qui étaye les recommandations du groupe de travail de l’EPA. Ce microscope permet d’étudier rapidement de grandes surfaces sur le filtre d’échantillon, ce qui en fait une méthode rapide et fiable pour comparer plusieurs particules et identifier leurs composants chimiques. Pour les particules microplastiques d’un diamètre >10 μm, le microscope imageur FTIR Thermo Scientific Nicolet iN10 MX offre des fonctionnalités d’imagerie chimique similaires tout en garantissant rapidité et efficacité.
Références
L’exemple de diagramme de flux de travaux de la figure 3 illustre un processus type, de la préparation des échantillons à l’analyse des microplastiques.
Posters de la Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC)
| Nom | Acronyme | Densité type (g/cm3) |
|---|---|---|
| Polystyrène expansé | EPS | 0,02 |
| Polypropylène | PP | 0,89 |
| Polyéthylène basse densité | LDPE | 0,96 |
| Polyéthylène haute densité | HDPE | 0,96 |
| Acrylonitrile butadiène styrène | ABS | 1,05 |
| Polystyrène | PS | 1,06 |
| Polyamide (nylon) | PA | 1,14 |
| Polyméthacrylate de méthyle | PMMA | 1,18 |
| Polycarbonate | PC | 1,2 |
| Acétate de cellulose | CA | 1,3 |
| Polychlorure de vinyle | PVC | 1,39 |
| Polyéthylène téréphtalate | PET | 1,39 |
| Polytétrafluoroéthylène | PTFE | 2,2 |
Consultez des publications examinées par des pairs sur l’utilisation de la spectroscopie FTIR et Raman pour l’analyse des microplastiques.
| Titre | Année | Publication et lien | Aperçu |
|---|---|---|---|
| Organic pollutants in microplastics from two beaches of the Portuguese coast | 2010 | Marine Pollution Bulletin (Volume 60, numéro 11, p. 1988-1992) | “L’identification des polymères a été effectuée conformément aux normes de la base de données du spectromètre Nicolet” |
| Occurrence of microplastics in the coastal marine environment: First observation on sediment of China | 2015 | Marine Pollution Bulletin (Volume 98, numéro 1-2, p. 274-280) | “Les microplastiques ont été identifiés par micro-FTIR (Nicolet iN10, États-Unis) avec de l’azote” |
| Sampling, Sorting, and Characterizing Microplastics in Aquatic Environments with High Suspended Sediment Loads and Large Floating Debris | 2018 | JOVE | “A utilisé le spectromètre FTIR Nicolet iS10 pour analyser des microplastiques suspects. A utilisé le microscope FTIR Nicolet iN5 pour analyser des microplastiques suspects.” |
| Evidence of microplastics pollution in coastal beaches and waters in southern Sri Lanka | 2018 | Marine Pollution Bulletin (Volume 137, p. 277-284) | “Le spectromètre FTIR Nicolet iS5 a effectué 16 balayages par échantillon à une résolution de 4,0 cm-1...” |
| Microplastics in commercial bivalves from China | 2015 | Environmental Pollution (Volume 207, p. 190-195) | “Vérification des microplastiques à l’aide du microscope μ-FT-IR. L’identification a été réalisée avec un microscope μ-FT-IR (Thermo Nicolet iN10 MX)...” |
| A comparison of microscopic and spectroscopic identification methods for analysis of microplastics in environmental samples | 2015 | Marine Pollution Bulletin (Volume 93, p. 202-209) | “Les particules microplastiques présentes sur le papier filtre des échantillons d’eau de microcouche de surface de la mer et de sable de plage... chaque carré a été sélectionné et immédiatement identifié à l’aide du spectromètre FTIR (Thermo Nicolet)...” |
| Microplastics in the benthic invertebrates from the coastal waters of Kochi, Southeastern Arabian Sea | 2018 | Environmental Geochemistry and Health (Volume 40, p. 1377-1383) | “Le type de polymère dans lequel les particules microplastiques ont été fabriquées a été identifié à l’aide du microscope Raman DXR (Thermo Scientific, États-Unis)” |
| Abundance, size and polymer composition of marine microplastics greater than or equal to 10 μm in the Atlantic Ocean and their modelled vertical distribution | 2015 | Marine Pollution Bulletin (Volume 100, p. 70-81) | “Les spectres Raman ont été obtenus par des mesures spectrales sur un microscope Raman DXR (Thermo...)”
|
| Plastics and microplastics on recreational beaches in Punta del Este (Uruguay): Unseen critical residents? | 2016 | Environmental Pollution (Volume 218, p. 931-941) | “... pour l’identification des polymères à l’aide d’un microscope d’imagerie Raman (microscope Raman Thermo Scientific DXRxi)” |
Durée du séminaire en ligne : 20 minutes
Ce séminaire en ligne explique pourquoi les microplastiques sont devenus un sujet de recherche important pour les spécialistes de l’environnement et un souci pour les fabricants d’aliments et de boissons. Il explique également les avantages et les limites des méthodes analytiques basées sur la spectroscopie. Les techniques de micro-spectroscopie (microscopie Raman et FTIR) ainsi que la spectroscopie par réflectance totale atténuée (ATR), notamment, offrent des options permettant d’identifier les particules inconnues en caractérisant leur composition, leur taille et leur quantité. Des ressources sont disponibles pour vous aider à choisir le système le mieux adapté à une application et à un budget donnés.
Public cible
Simon est titulaire d’un doctorat en chimie physique de l’Université de Durham, au Royaume-Uni. Fort de 25 années d’expérience dans le domaine des applications, du développement de produits et du marketing, il est passionné par la résolution de problèmes analytiques à l’aide de la spectroscopie.
Durée du séminaire en ligne : 27 minutes
Dans ce séminaire en ligne, vous verrez comment Fabinana Corami, chercheuse en environnement, PhD, du CMR-ISP, Institut des sciences polaires de Venise, en Italie, analyse des échantillons environnementaux comme l’eau, les sédiments et le biote pour en étudier la contamination par microplastique.
Durée du séminaire en ligne : 25 minutes
Dans ce séminaire en ligne, le docteur Elke Fischer vous fera découvrir comment elle et son équipe analysent et identifient les microplastiques dans les écosystèmes limniques.
Durée du séminaire en ligne : 37 minutes
Dans ce séminaire en ligne, Fabinana Corami, PhD, du CMR-ISP, Institut des sciences polaires de Venise, en Italie, s’intéresse à la purification, la caractérisation et l’analyse quantitative des fibres microplastiques présentes dans l’eau de mer.
Le Dr Yutaka Kameda est professeur agrégé au Chiba Institute of Technology, situé à Narashino, au Japon. Titulaire d’une maîtrise en génie de l’eau et d’un doctorat en génie de l’environnement et des ressources, il a pu travailler avec de multiples organisations privées et financées par l’État, toutes visant à évaluer l’impact environnemental, en particulier sur l’eau.
Dans cet entretien, vous entendrez parler de sa recherche environnementale ainsi que de ses réflexions sur l’état actuel et futur de ce domaine de recherche.
Voir la biographie du Dr Kameda
Quelle est votre opinion sur le problème actuel de la pollution par les microplastiques et quel travail est nécessaire pour mieux comprendre son ampleur ?
À ce stade du problème des microplastiques, des études sérieuses ont été mises en œuvre cette année. De grands projets ont déjà été lancés pour standardiser les mesures et identifier des microplastiques plus fins pour offrir une solution analytique unifiée. En outre, la recherche sur la dégradation des plastiques conventionnels ou des plastiques biodégradables dans le domaine environnemental a également été lancée. Il est également possible qu’un rapport connexe soit publié dans les prochaines années, puis je m’attends à ce que des réglementations spécifiques soient mondialement mises en place.
Quel est votre axe de recherche ?
- Le développement et la surveillance de solutions analytiques pour les microplastiques ultra-fins (0,1 μm à 20 μm) dans l’environnement
- L’élucidation des sources, les mécanismes de mouvement et les phénomènes d’altération des microplastiques à l’échelle mondiale dans l’océan, y compris l’évaluation de l’impact écologique
Quelles sources (lacs/océans/etc.) évaluez-vous ?
Les échantillons cibles sont : eau du robinet, eau de mer, plage de sable, nourriture, plastique biodégradable et eaux usées vivantes
Qu’essayez-vous de comprendre spécifiquement ?
Je m’intéresse aux points suivants
- Détermination de la concentration des microplastiques dans l’océan, y compris les particules très fines dans une plage de taille de 0,1 à 20 μm, et prévision de la concentration future ainsi que de la répartition granulométrique des particules.
- Détermination du degré de microplastiques altérés
À quoi ressemble votre flux de travail d’échantillonnage et d’analyse ? Quels sont les principaux défis associés à l’analyse des microplastiques dans les échantillons environnementaux ?
À l’heure actuelle, le développement d’une solution pour l’échantillonnage et l’analyse de microplastiques >20 μm est terminé, nous en sommes maintenant au stade de la mise sur le marché. Les méthodes détaillées seront publiées prochainement, mais voici une brève explication :
- Prélèvement d’échantillons à l’aide d’un équipement sans plastique
- Prétraitement par peroxyde d’hydrogène, iodure de sodium et enzyme
- Analyse automatique avec un microscope imageur infrarouge Thermo Scientific Nicolet iN10 MX avec logiciel d’analyse automatique des particules. Il s’agit actuellement de l’essentiel de mes recherches sur les particules <20 μm. Mes problèmes dans la mise au point de méthodes vont probablement être résolus. Je recherche actuellement un fournisseur Raman comme partenaire de ce développement. J’ai l’intention de développer la méthode d’analyse avec Raman en 2021.
Quel type d’instruments utilisez-vous ? Est-il utile d’avoir des solutions plus automatisées pour la localisation et l’identification des microplastiques ?
J’utilise un microscope Nicolet iN10MX pour la définition de la taille, l’identification et la quantification des particules avec le logiciel OMNIC Picta.
Quelle est votre opinion sur l’état actuel des réglementations ? Êtes-vous engagé auprès des responsables de la réglementation ? Quelles sont vos attentes en matière de réglementations nationales et internationales concernant la pollution et la surveillance des microplastiques ?
- La contamination par les microplastiques et les caractéristiques de cette pollution ne sont toujours pas connues. Parfois, je travaille avec des régulateurs majeurs. À l’avenir, je m’attends à ce que les recherches sur les microplastiques, ainsi que les politiques de lutte contre la pollution par les microplastiques, se développent ainsi :
- Les études environnementales seront effectuées pour les microplastiques jusqu’à des particules d’une taille limite de 20 ou 0,2 μm (actuellement la limite peut être >300 μm).
- Les polymères hautement toxiques dans l’environnement et susceptibles d’exister sous forme de microparticules dans l’environnement pourraient être interdits.
- Il sera recommandé d’utiliser et d’adopter les plastiques biodégradables. Les évaluations de la biodégradabilité devraient alors être révisées pour mesurer la répartition granulométrique des particules. Par conséquent, avec ces nouvelles définitions, les plastiques biodégradables conventionnels pourraient ne pas répondre aux exigences.
- Les polymères de microcapsules utilisés dans des produits du quotidien sont également susceptibles d’être remplacés par de nouveaux matériaux.
Enseignement
1998 - 2000 : Université Hokkaido, PhD en génie de l’environnement et des ressources
1995 - 1997 : Université de Tohoku, MSc en génie de l’eau
1991 - 1994 : Université de Tohoku, BSc.en génie civil
Expérience professionnelle
2012 - Présent : Professeur agrégé d’ingénierie créative, Chiba Institute of Technology
2007 - 2012 : Chercheur en environnement aquatique, Center for Environment Science à Saitama
2006 - 2007 : Chercheur, IPublic Works Research Institute, gouvernement japonais
1992 - 2005 : Boursier COE, laboratoire des risques environnementaux, Yokohama National University
Projets de recherche
Documents récents
La préparation des fournitures et des échantillons pour l’analyse de microparticules peut s’avérer fastidieuse. Ces kits de préparation d’échantillons d’analyse de microparticules sont là pour vous aider à simplifier le processus, quel que soit le type d’échantillon.
| FTIR + ATR | FTIR + Small Spot ATR | Microscope FTIR de type “pointer-acquérir” | Microscope imageur FTIR | Microscope Raman | Microscope d’imagerie Raman | |
| Configuration | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
| Spectromètre FTIR Nicolet Summit et Accessoire ATR Everest | Accessoire de micro-spectroscopie SurveyIR + spectromètre FTIR Nicolet Summit | Microscope IR Nicolet iN5 + spectromètre FTIR Nicolet iS20 | Microscope d’imagerie IR Nicolet iN10 MX | Microscope Raman DXR3 | Microscope d’imagerie Raman DXR3xi | |
| Diamètre mesurable des particules | ||||||
| 5 mm | ✓ | |||||
| 1 mm | ✓ | ✓ | ||||
| 500 μm | ✓ | ✓ | ||||
| 100 μm | ✓ | ✓ | ✓ | |||
| 10 μm | ✓ | ✓ | ✓ | ✓ | ||
| 1 μm | ✓ | ✓ | ||||
| Mise en place manuelle des échantillons uniquement | Oui | Oui | Oui | Non | Non | Non |
| Analyse automatisée des filtres | Non | Non | Non | Oui | Oui | Oui |
| Immunité à la fluorescence des échantillons | Oui | Oui | Oui | Oui | Non | Non |
Écoutez Jennifer Lynch, Ph.D., du National Institute of Standards and Technology et de la Hawaii Pacific University, qui évoque son expérience dans la recherche sur les contaminants plastiques dans l’océan Pacifique. Elle nous présente ses observations sur la pollution par les microplastiques : son impact sur les économies locales, la pénurie de financement et les défis techniques associés à l’identification des microplastiques. Elle explique également les pratiques du groupe de recherche sur l’utilisation de la spectroscopie FTIR et du microscope FTIR pour l’identification des microplastiques et des mésoplastiques.
La spectroscopie infrarouge peut fournir des informations précieuses sur l’origine des particules plastiques, des produits chimiques adsorbés et d’une éventuelle toxicité dans notre environnement.















