La contamination du zoobenthos par les microplastiques dans les régions arctiques et subarctiques

Publié le 22.11.2018

Cette étude apporte les premières données sur la présence de microplastiques dans les animaux benthiques des régions arctiques et subarctiques.

Parmi les déchets de plastique, les petits fragments d’un diamètre de 1 nanomètre à 5 millimètres sont dénommés microplastiques (MP) et sont les plus abondants. Ces polluants sont présents dans tout l’écosystème océanique mondial. Les fonds marins, en particulier, sont supposés être les plus gros capteurs de MP car ces polluants peuvent interagir avec divers microorganismes, la macrofaune [1], les nutriments, les fèces, et les agrégats organiques ou minéraux présents dans la colonne d’eau, ce qui facilite leur dépôt. D’autre part, les MP de forte densité peuvent descendre spontanément jusqu’au fond.

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Déchets de plastique récoltés en mer à l’origine des microplastiques produits principalement par photodégradation
Crédit photo : NOAA
Domaine public

Le transport sur de longues distances par les courants océaniques, le vent, la glace de mer, les espèces migratrices et l’atmosphère joue un rôle primordial dans l’arrivée de ces polluants dans ces régions éloignées des sources de pollution d’origine humaine.

Les communautés du zoobenthos [2] ont été étudiées sur quatre sites localisés sur les plateaux continentaux [3] de la mer de Béring, en zone subarctique, et de la mer des Tchouktches située plus au nord, en zone arctique. Les chercheurs ont collecté 413 organismes appartenant à 11 espèces différentes, réparties en six groupes taxonomiques, les étoiles de mer, les crevettes, les crabes, les ophiures [4], les buccins [5] et les bivalves [6].

Les chercheurs ont trouvé des quantités moyennes de MP mesurées dans les organismes benthiques de la mer des Tchouktches plus élevées qu’en mer de Béring et les plus fortes concentrations ont été trouvées dans la zone la plus au nord, située près de la zone marginale avec la banquise (zone marginale des glaces) et sous l’influence d’un courant froid. Une étude antérieure suggère que la glace de mer et les courants froids sont des vecteurs possibles pour le transport de MP dans les régions arctiques. Cette suggestion se base sur des observations ayant montré que la glace de l’océan Arctique contient de fortes quantités de MP et que la fonte de la banquise, favorisée par le réchauffement climatique, libère les polluants dans l’eau. La présente étude, confirmant les résultats de la précédente, montre également que l’abondance des MP dans les eaux de surface est plus élevée sur le site le plus septentrional, soumis au courant froid.

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Etoile de mer Asterias rubens
Crédit photo : Hans Hillewaert
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

D’autre part, en comparant les concentrations de MP à l’intérieur d’un même site mais entre espèces différentes, on constate que les carnivores ou omnivores présentent des taux plus élevés que les espèces herbivores. Ainsi, il est intéressant de noter que l’étoile de mer, Asterias rubens, ingère les plus fortes quantités de MP par rapport à toutes les autres espèces. Ce prédateur se trouve au niveau le plus élevé du réseau trophique benthique des profondeurs car il consomme de nombreux organismes tels que bivalves, gastéropodes, balanes [7], etc. En fonction de ces résultats, les chercheurs ont émis l’hypothèse que le transfert des MP à travers les réseaux trophiques [8] pourrait être une voie importante de leur ingestion par les prédateurs benthiques.

La composition des MP détectés dans les communautés benthiques des sites étudiés peut être répartie en quatre produits, le polyamide (PA), le polyéthylène (PE), le polyester (PET) et la cellophane (CP) avec des concentrations respectivement de 46 %, 23 %, 18 % et 13 %. On constate donc que les deux composés de MP les plus communs détectés dans le benthos de cette étude sont le PA et le PE. Ils sont également retrouvés dans le benthos des eaux de surface, dans les sédiments et la glace des régions arctiques.
La composition varie beaucoup selon les espèces, soulignant le besoin de plus d’études de laboratoire pour déterminer les éventuelles différences interspécifiques dans l’ingestion et l’excrétion des MP de diverses compositions.

La quantité de MP mesurée dans le benthos de la mer de Béring est relativement faible par rapport aux sites de la mer des Tchouktches, cependant l’étude montre que ces animaux ingèrent les taux les plus élevés de PA, de PE et de PET. Si on considère les champs d’application de ces substances, il apparaît que les principales sources de MP dans cette région sont les emballages alimentaires, les textiles, les filets de pêche et les fils de nylon provenant de la côte sud-ouest de l’Alaska ainsi que les activités de pêche et de plaisance en mer de Béring. De plus, le courant océanique en est également une source par le transport.

D’autre part, les facteurs influençant le transport vertical de MP vers le benthos ne sont pas encore bien connus. Il a été cependant établi que le processus de migration vers le fond pourrait être influencé par une série de facteurs comme la taille du fragment de plastique, la forme et la densité du polymère. Dans cette étude, les MP étaient majoritairement composés de polyamide dont la densité est supérieure à celle de l’eau de mer, rendant spontanée leur chute vers le fond. C’est aussi le cas pour le polyester et la cellophane.

Comme dans d’autres régions étudiées précédemment, les fibres constituent le type principal de MP trouvé dans les organismes benthiques. Dans le cadre de l’étude, la contamination par des fibres présentes dans l’air a été évitée et, parallèlement, les fibres ont été identifiées comme le type de plastique le plus abondant dans l’eau de mer et dans la glace de mer de l’Arctique. Les chercheurs ont ainsi pu en conclure que les organismes benthiques ingéraient des fibres provenant de leur habitat et non de la contamination de l’air, du moins pendant la durée de l’expérience.
L’une des causes pouvant expliquer la forte concentration des fibres dans le zoobenthos est que celles-ci représentent une catégorie prédominante et omniprésente de MP du fait des multiples sources possibles telles que les eaux issues des rejets de lavage domestique, ou la fragmentation de grandes fibres textiles provenant du linge, des lignes et des filets de pêche ainsi que d’autres fibres synthétiques.

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Ophiure commune
Crédit photo : Hans Hillewaert
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

Il faut aussi souligner que la taille des MP est un facteur critique influençant leur absorption par les animaux et leurs effets délétères. Dans cette étude, les tailles détectées le plus souvent dans le zoobenthos sont petites, comprises entre 0,01 et 2 mm. L’évidence de la corrélation négative entre les tailles des MP et la profondeur, dans tous les sites de l’étude, peut étayer le point de vue récent suggérant que les petits fragments tombent plus facilement au fond que les gros, ce qui pourrait accroître la probabilité de leur ingestion par le zoobenthos.

D’autre part, les écarts de proportions des différentes tailles de MP entre les espèces d’un même site peuvent être en partie attribués aux différents modes d’alimentation : les animaux carnivores et omnivores sont supposés changer fréquemment de stratégie et ingérer activement des MP plus longs que les bivalves qui sont suspensivores [9] et absorbent donc des particules plus petites. C’est le cas des ophiures qui vivent dans ou sur les sédiments du fond et utilisent des méthodes variées pour s’alimenter ; une étude a montré qu’une ophiure avait ingéré la plus longue fibre jamais observée. Ce qui s’explique par le fait que ces animaux peuvent absorber des aliments d’une longueur allant jusqu’à trois centimètres. Quant aux étoiles de mer, prédateurs du sommet de la chaîne trophique, elles ont plus de risques d’absorber à la fois les gros et les petits MP à cause du transfert trophique passant par les proies contaminées.
Ainsi, l’étoile de mer, Asterias rubens, ingérant les plus grandes quantités de MP, pourrait être utilisée comme indicateur biologique de la pollution par ces substances et de leur transfert à travers les réseaux trophiques benthiques.

Les fibres constituent la majorité des types de MP, il faudrait donc poursuivre des recherches pour mieux comprendre comment elles sont transportées jusqu’au fond et deviennent disponibles pour le zoobenthos.

Bien que les microplastiques soient moins abondants dans les animaux benthiques des régions subarctiques et arctiques que dans les autres régions du globe, des connaissances supplémentaires sont nécessaires sur les aspects temporels de la contamination de ces espèces écologiquement importantes et sur les effets toxiques associés.

Isabelle Gomez, INIST-CNRS

[1]La macrofaune désigne l’ensemble des animaux benthiques dont la taille est supérieure à un millimètre, c’est à dire une taille suffisante pour être facilement distingués à l’oeil nu ; son contraire est la microfaune (non visible à l’oeil nu). Aquaportail

[2]Le benthos regroupe l’ensemble des organismes aquatiques vivant en relation étroite (directement dessus ou à son voisinage immédiat) avec le fond marin (s’oppose à pelagos, ensemble des organismes qui vivent en suspension dans l’eau de mer). Le zoobenthos regroupe les communautés d’animaux benthiques. Wikipedia

[3]Le plateau continental, appelé aussi plate-forme continentale, est le prolongement du continent sous la surface de l’océan. Wikipedia

[4] : Les ophiures (Ophiuroidea) sont des animaux aquatiques appartenant à l’embranchement des échinodermes. Elles ont une symétrie pentaradiale et ressemblent à des étoiles de mer (astéroïdes), avec cinq bras qui sortent d’un disque central.

[5]Les buccins constituent une famille de mollusques gastéropodes marins carnivores. Le bulot en fait partie. Wikipedia

[6]Les bivalves (Bivalvia) sont une classe de mollusques d’eau douce et d’eau de mer. Leur corps aplati latéralement est recouvert d’une coquille constituée de deux parties distinctes et plus ou moins symétriques. Elles sont reliées l’une à l’autre et peuvent s’ouvrir ou se refermer. Wikipedia

[7]Les balanes sont des crustacés marins fixés, appartenant à l’infra-classe des Cirripèdes et dépourvus de pédoncule. Elles se trouvent en grand nombre sur les rochers de l’estran, les quais, les éléments de balisage (bouées, perches etc.) les coques des navires non protégées, bref tous les corps solides, éventuellement des organismes vivants, en contact permanent ou quotidien avec l’eau de mer. Wikipedia

[8]Ensemble des relations trophiques (alimentaires) existant à l’intérieur d’une biocénose entre les diverses catégories écologiques d’êtres vivants constituant cette dernière : les végétaux, les consommateurs animaux et les décomposeurs. F. Ramade. Dictionnaire encyclopédique de l’écologie et des sciences de l’environnement.

[9]La microphagie suspensivore (« filterfeeding » en anglais) est un mode d’alimentation qui consiste à se nourrir de particules nutritives (microphagie) en suspension dans le milieu aquatique. Wikipedia

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