Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Un modèle géométrique pour l’érosion et la fragmentation de polymères semi-cristallins. Généralisation au relargage de microparticules dans l’océan.

Pascale Fabre, Directrice de recherche, Laboratoire Charles Coulomb, CNRS, Université de Montpellier.

Résumé : La pollution des océans par les déchets plastiques est un problème environnemental majeur résultant de leur accumulation dans les environnements terrestre et marin, puis de leur dégradation et leur fragmentation en micro-plastiques. Le devenir des polymères en milieu marin dépend à la fois de phénomènes abiotiques (UV, stress mécanique) et biotiques, dus à la colonisation du plastique par des micro-organismes. Une des principales étapes de la biodégradation est la constitution d’un biofilm et la réduction de la longueur des chaînes de polymère via des exo-enzymes produites par des bactéries du biofilm. Alors que les phénomènes abiotiques entraînent l’endommagement et la fragmentation d’un polymère par des mécanismes d’oxydation et d’hydrolyse, la création de défauts structurels et la propagation de fractures, il est généralement admis que les phénomènes biotiques conduisent à la biodégradation complète d’un polymère, c’est-à-dire à sa conversion en biomasse, eau et CO2. En milieu marin, de nombreuses questions demeurent cependant quant aux mécanismes de dégradation abiotique et biotique et à leur impact respectif en termes de fragmentation. Afin d’étudier le processus d’érosion enzymatique, nous avons utilisé le système bien connu PDLLA / protéinase K pour différents types de morphologies du polymère amorphe et semi-cristallin. Les différentes figures d’érosion observées sont interprétées grâce à un modèle géométrique simple qui prend en compte l’hétérogénéité du système à l’échelle du micron. De plus, nous avons observé qu’en fonction de la morphologie du polymère, des fragments peuvent être relargués, en-deça d’une certaine taille critique prédite par le modèle. Ces résultats peuvent permettre de tirer d’importantes conséquences pour la compréhension de la formation de micro-plastiques dans l’océan.