Fate of plastic waste exposed to sunlight in the aquatic environment : organic pollutants sorption, impact, and transfer

L’accumulation massive de débris plastiques dans le milieu marin est l’une des problématiques environnementales les plus préoccupantes du fait de leur persistance et des connaissances limitées sur leur devenir et leurs impacts. Ce travail a ainsi eu pour but d’étudier le comportement des débris plastiques marins exposés à la lumière solaire et notamment leurs interactions avec les polluants organiques, impacts éco-toxicologiques et transfert vers l’atmosphère. Les phénomènes de sorption et de désorption des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) ont été étudiés sur du polyéthylène (PE) sous diverses formes, formulations et degrés de photodégradation. Des variations de la concentration des HAP dans le PE sont observées en fonction des diverses conditions et résultent surtout du degré de cristallinité et d’oxydation des plastiques. Le rôle photosensibilisateur des HAP a été mis en évidence durant la photodégradation de PE non formulé dans l’eau dopée en HAP. L’impact éco-toxicologique du cocktail « PE - photodégradation - HAP » a été évalué sur des organismes marins à différentes échelles trophiques. À l’échelle microbienne, la photodégradation des plastiques favorisent le développement bactérien. À l’échelle des moules, l’impact se traduit par la détection d’un stress oxydatif et d’une neurotoxicité dépendants des organes. Le transfert eau-air des particules plastiques a été évalué en simulant le phénomène d’éclatement de bulles d’air à la surface de l’eau dans des conditions de laboratoire contrôlées. Le transfert s’est avéré possible et dépend de la composition de l’eau, de la taille des bulles et de la taille, type et degré de photodégradation des plastiques.The massive accumulation of plastic debris in the marine environment is one of the most worrying environmental issues due to their persistence and to the limited knowledge of their fate and impacts. Thus, the aim of this work is to study the behavior of marine plastic debris exposed to sunlight and in particular their interactions with organic pollutants, eco-toxicological impacts, and transfer to the atmosphere. The sorption and desorption phenomenon of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) has been evaluated on polyethylene (PE) in various forms, formulations, and UV-weathering degree. Variations in the concentration of PAHs in PE, mainly due to the oxidation of plastic and its crystallinity, were observed between various conditions. The role of PAHs as photosensitizers has been proven during the photodegradation of virgin PE in water spiked with PAHs. The eco-toxicological impact of the “PE - photodegradation - PAHs” cocktail was evaluated on marine organisms at different trophic scales. At the microbial level, the photodegradation of plastics increases bacterial development. For mussels, the impact results in the detection of organ-dependent oxidative stress and neurotoxicity. The water-air transfer of plastic particles was evaluated by simulating the bubble bursting phenomenon on the water surface under controlled laboratory conditions. The transfer has been shown to be possible and depends mainly on the water composition, bubble size and the size, and plastic particles size, type, and UV-weathering degree