Pourquoi le plastique ne se dégrade-t-il pas dans la nature ?
― Personne n'y voit de la nourriture
Les feuilles mortes se transforment en terre en quelques mois, et un arbre tombé disparaît en quelques décennies. Pourtant, au même endroit, un sac plastique reste un sac plastique, année après année. Les deux sont faits de carbone, alors d'où vient cette différence ? La réponse n'est pas « parce qu'il est solide ». C'est que les organismes décomposeurs ne le reconnaissent pas comme nourriture.
Si vous creusez à l'endroit où s'accumulent les feuilles mortes, les couches du dessus gardent la forme des feuilles, tandis qu'en profondeur, tout devient terre noire. Personne n'a fait le ménage. Ce sont des champignons et des bactéries qui les mangent et les décomposent.
C'est pareil pour le tronc d'un arbre. Cela prend du temps, mais il finit par disparaître sans laisser de trace.
Pourtant, un emballage de bonbon tombé au même endroit reste identique, des années durant. Il se décolore, devient cassant, se déchire parfois, mais ne disparaît pas.
Voilà une chose étrange. Les feuilles, le bois et le plastique sont tous principalement composés de carbone et d'hydrogène. Les matériaux sont presque les mêmes, alors pourquoi leur destin est-il si différent ?
Les micro-organismes décomposent avec des outils qui ne correspondent qu'à une forme précise. Presque aucun outil ne correspond à la forme du plastique.
Même réduit en petits morceaux, il reste du plastique. Pire encore, il devient impossible à récupérer et pénètre plus facilement dans le corps des êtres vivants.
Le point 2 est particulièrement important. Disparaître de notre vue et disparaître vraiment sont deux choses différentes. Voyons cela dans l'ordre.
Se dégrader, c'est être découpé par un outil
Quand une feuille morte se transforme en terre, les champignons et les bactéries libèrent des outils destinés à couper à des endroits précis. Ces outils ne fonctionnent que sur une forme adaptée. C'est la relation clé-serrure.
C'est le point décisif. Pour ce qui existe déjà dans la nature, les outils pour le découper sont déjà présents. Le bois, les feuilles, le corps des animaux existent sur Terre depuis des centaines de millions d'années, ce qui a laissé largement le temps à des organismes capables de s'en nourrir d'apparaître.
Le plastique n'a commencé à se répandre dans le monde qu'il y a quelques dizaines d'années seulement. Du point de vue des organismes vivants, cela revient à dire qu'un matériau jamais vu est soudain apparu en grande quantité.
Et pour ne rien arranger, la chaîne des plastiques les plus courants n'est qu'une répétition de la même forme. Il n'y a aucun « repère » où accrocher un outil de découpe. Ce n'est pas parce qu'il est solide qu'il persiste, c'est qu'on ne le reconnaît pas comme nourriture.
C'est que personne ne le considère comme de la nourriture.
Voici un contraste intéressant. Dans l'article sur la rouille du fer, nous avons vu que le métal cherche à retrouver sa forme d'origine, celle de la roche. Laissé à lui-même, il finit toujours par y revenir.
Le plastique, lui, fait l'inverse. Le chemin du retour lui-même n'existe pas encore sur Terre. « Se dégrader dans la nature » n'a de sens que si un mécanisme pour le faire existe déjà.
Il existe cependant des exceptions
Tous les plastiques ne se valent pas. Le matériau des bouteilles en PET contient un type de liaison que l'on trouve aussi dans la nature. C'est le même type de liaison que l'on retrouve par exemple dans les graisses.
C'est d'ailleurs pour cela qu'en 2016, une bactérie capable de décomposer le matériau des bouteilles en PET a été découverte au Japon. Elle a été prélevée près d'une usine de recyclage, et on pense qu'elle s'est adaptée pour se nourrir des matériaux présents sur place.
Les êtres vivants s'adaptent à de nouvelles sources de nourriture, à condition d'avoir le temps. Mais en quelques dizaines d'années seulement, cela ne s'est produit que dans de rares cas.
Et les « plastiques biodégradables » ont eux aussi leurs conditions. La plupart ne se dégradent que dans des installations spécialisées, à haute température et sous contrôle. Jetés en mer ou enterrés dans un jardin, certains ne se dégraderont pas comme on l'espère. Il faut bien lire les étiquettes.
« Se fragmenter » n'est pas une solution
Un plastique laissé dehors devient cassant sous l'effet du soleil et de la chaleur, et se déchire en petits morceaux. Il finit par devenir invisible.
Attention cependant. Devenir invisible et disparaître, ce n'est pas la même chose. Seule une partie de la chaîne est coupée : le matériau reste du plastique.
La situation empire même, en réalité.
Un sac plastique, on peut le ramasser. Mais une fois transformé en 5,4 millions de particules, on ne peut plus les rassembler.
Plus les fragments sont petits, plus ils atteignent une taille que tous les organismes peuvent avaler, du plancton aux poissons.
Quand on entend « se dégrade naturellement », on imagine sans doute un retour au dioxyde de carbone et à l'eau. C'est ce qui arrive aux feuilles mortes. Mais un plastique simplement fragmenté n'en arrive pas là. Le même mot « dégradation » est utilisé dans deux sens totalement différents.
On voit souvent des chiffres comme « 20 ans pour un sac plastique », « 450 ans pour une bouteille en PET » concernant la durée de vie du plastique. Mais ces chiffres varient beaucoup selon les sources.
La raison est simple : personne n'a attendu 450 ans pour vérifier. On mesure la vitesse de dégradation sur une courte période, puis on extrapole.
Avec cette méthode, une petite différence de mesure change le résultat du tout au tout. Si 0,1 % disparaît en un an, cela donne 1000 ans ; avec 0,01 %, cela donne 10 000 ans. Un facteur 10 dans la mesure donne un facteur 10 dans le résultat (le calcul se trouve dans le dernier volet dépliable).
De plus, la vitesse change énormément selon l'exposition au soleil, la température, ou si le plastique est enfoui dans le sable ou immergé en mer. Si les chiffres varient, ce n'est pas par négligence, mais parce que les conditions changent vraiment tout. Réduire cela à un seul nombre d'années n'a pas vraiment de sens.
- Ne pas le laisser dehors ― avant qu'il se fragmente, on peut encore le ramasserUne fois réduit en petits morceaux, il devient impossible à récupérer. Ramasser tant que c'est encore possible a une valeur incomparable. Le nettoyage des plages et des rivières est efficace justement parce qu'il retire le plastique avant qu'il ne se fragmente.
- Ne pas croire aveuglément l'étiquette « biodégradable »Regardez si les conditions de dégradation sont précisées. Un produit qui indique « dans une installation industrielle de compostage » ne se dégradera ni dans les ordures ménagères, ni dans la nature. Cela ne veut pas dire qu'on peut le jeter n'importe où.
- Brûler ou enfouir restent des optionsSi le plastique « ne se dégrade pas », le gérer sans le relâcher dans l'environnement est plus sûr. Il y a une bonne raison de suivre le tri sélectif de sa commune. Les règles de tri varient selon les régions, alors vérifiez les consignes de votre commune.
Une expérience à faire chez soi
- Dans un pot de fleurs ou dans le jardin, enterrez peu profondément ① une feuille morte, ② un morceau de papier, ③ un morceau de sac plastique, ④ un morceau de sac étiqueté « biodégradable »
- Marquez les emplacements pour ne pas les perdre
- Déterrez-les après 1 mois, puis après 2 mois, et comparez leur état
- La feuille et le papier changent visiblement. Le sac plastique devrait rester quasiment intact
- Il n'y a rien d'étrange si ④ ne change pas non plus. Relisez l'étiquette pour voir si des conditions particulières sont mentionnées
Les points 4 et 5 sont l'essentiel de cette observation. Voir de ses propres yeux que le papier se dégrade et pas le plastique, et vérifier, à la fois sur l'étiquette et par le résultat, que même le « biodégradable » nécessite des conditions particulières. À la fin, veillez à tout déterrer et récupérer. Si vous laissez tout enterré, vous reproduirez exactement ce qui est décrit dans cet article.
En résumé
Si le plastique ne se dégrade pas dans la nature, ce n'est pas parce qu'il est solide, mais parce qu'il ne correspond pas à la forme des outils des organismes décomposeurs. Pour les matériaux naturels, des centaines de millions d'années ont permis à des décomposeurs d'apparaître. Le plastique n'a pas encore eu ce temps. Et se fragmenter jusqu'à devenir invisible n'est pas se dégrader.
« Se dégrader dans la nature »
n'a de sens que si un mécanisme pour le faire existe déjà.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, chiffres, liens avec les manuels scolairesDu niveau collège aux sujets encore en recherche, chaque niveau est indiqué
- CollègeContenu du programme de sciences au collège
- LycéeContenu des programmes de « chimie » et « biologie » de base au lycée
- Lycée+Contenu des programmes avancés de « chimie » et « biologie » au lycée, ou encadrés/compléments des manuels
- UniversitéContenu non enseigné au lycée, relevant de matières spécialisées universitaires (chimie des polymères, chimie de l'environnement)
- RechercheSujet non encore établi même à l'université, activement étudié par les chercheurs
CollègeVocabulaire : les mots autour de la dégradation
- Macromolécule (polymère) : chaîne formée par l'enchaînement de petites unités. C'est le cas du plastique, mais aussi de l'amidon et des protéines.
- Enzyme : outil produit par les êtres vivants pour accélérer une réaction chimique. Il ne fonctionne que sur une forme adaptée.
- Biodégradation : décomposition par des micro-organismes. Menée jusqu'au bout, elle aboutit à du dioxyde de carbone et de l'eau.
- Microplastique : particule de plastique de moins de 5 mm. Certaines proviennent de la fragmentation, d'autres sont fabriquées petites dès le départ.
- Compostage : transformation en engrais par décomposition microbienne. Les installations industrielles maintiennent une température élevée.
LycéeVérifions par le calcul : fragmenter ne réduit pas la quantité
Dans le corps de l'article, nous avons dit que « se fragmenter n'est pas se dégrader ». Les chiffres rendent ce point limpide.
Nombre de fragments = volume total ÷ volume d'un fragment
| Poids du sac plastique | environ 5 g |
| Densité du polyéthylène | environ 0,92 g/cm³ |
| Taille d'un fragment | cube de 1 mm de côté |
| D'abord, le volume | 5 ÷ 0,92 ≒ 5,4 cm³ |
| Volume d'un cube d'1 mm | 0,1 × 0,1 × 0,1 = 0,001 cm³ |
| Nombre de fragments | 5,4 ÷ 0,001 = 5400 |
Supposons une fragmentation plus fine, jusqu'à 0,1 mm de côté. Quand le côté est divisé par 10, le nombre de fragments est multiplié par 1000.
| 10 × 10 × 10 | × 1000 |
| Nombre de fragments | 5400 × 1000 = 5 400 000 |
Un seul sac plastique donne 5,4 millions de fragments. Et le poids reste 5 g, sans perdre un seul gramme.
La différence entre « devenir invisible » et « disparaître » se trouve entre ces deux chiffres.
La dégradation ne progresse qu'à partir de la surface. Donc en théorie, plus la surface augmente avec la fragmentation, plus cela devrait aller vite. Calculons de combien elle augmente.
| Surface d'un cube de 1 cm de côté | 6 × 1 × 1 = 6 cm² |
| Fragmenté en cubes de 1 mm, nombre de fragments | 1000 |
| Surface d'un fragment | 6 × 0,1 × 0,1 = 0,06 cm² |
| Surface totale | 0,06 × 1000 = 60 cm² |
| Facteur multiplicatif | 60 ÷ 6 = 10 |
La surface est multipliée par 10. À première vue, cela semble une bonne chose.
Mais si l'outil de décomposition n'existe tout simplement pas, une surface 10 fois plus grande reste 10 fois zéro. Quand l'un des deux facteurs d'une multiplication est nul, l'augmenter ne change rien au résultat.
Cette structure où « l'un des facteurs de la multiplication est nul » est, à mon sens, le cœur du problème du plastique. Ce n'est pas en ajustant les conditions qu'on le résout, mais en trouvant (ou en créant) l'outil lui-même.
L'estimation de la durée de vie se fait en extrapolant à partir de la vitesse de perte mesurée sur une courte période. La formule est simple.
Nombre d'années = 100 ÷ pourcentage perdu par an (%)
| Si l'on mesure 0,1 % de perte par an | 100 ÷ 0,1 = 1000 ans |
| Si c'est 0,05 % | 100 ÷ 0,05 = 2000 ans |
| Si c'est 0,01 % | 100 ÷ 0,01 = 10 000 ans |
Si la valeur mesurée est divisée par 10, le résultat est multiplié par 10. Et distinguer 0,1 % de 0,01 % n'est pas simple. Pour un échantillon de 5 g, cela revient à distinguer 0,005 g de 0,0005 g.
De plus, cette formule suppose que la vitesse de perte est constante. En réalité, elle diffère selon que le plastique est exposé au soleil ou enfoui. On prolonge donc la droite jusque dans une zone où l'hypothèse de départ ne tient plus.
Les chiffres comme « 20 ans pour un sac plastique » ou « 450 ans pour une bouteille en PET » sont le produit de ce calcul. Ils sont utiles pour se faire une idée de l'ordre de grandeur, mais ne doivent pas être pris comme des prédictions précises. C'est pour cela que les chiffres varient d'une source à l'autre.
※ Les estimations réelles utilisent des méthodes plus rigoureuses, mais le principe de « prolonger une observation courte sur le long terme » reste commun.
Lycée+Chaînes faciles à couper, chaînes difficiles à couper
Il existe plusieurs types de chaînes de macromolécules. La différence tient à l'endroit où se trouve un « autre atome » dans la chaîne.
- Amidon, cellulose : de l'oxygène est présent au milieu de la chaîne. C'est là que se trouve le point de coupure, qui cède en présence d'eau. De nombreuses enzymes capables de le couper existent dans la nature.
- Protéines : de l'azote est présent au milieu de la chaîne, ce qui constitue également un point de coupure.
- Polyéthylène, polypropylène : seul du carbone se répète indéfiniment. Il n'y a aucun point de coupure, et l'eau n'a aucun effet.
- Matériau des bouteilles en PET : de l'oxygène est présent au milieu de la chaîne. D'où une possibilité de coupure.
C'est le contenu de « ce type de liaison que l'on trouve aussi dans la nature » mentionné dans le corps de l'article. Ce n'est pas un hasard si une bactérie capable de décomposer le matériau du PET a été découverte. Sa forme se prêtait déjà à la coupure.
À l'inverse, le polyéthylène est chimiquement extrêmement difficile à couper. Des produits chimiques puissants ou de hautes températures permettent de le décomposer, mais c'est difficile à réaliser à température ambiante, avec les moyens dont disposent les êtres vivants dans la nature.
UniversitéQue faut-il mesurer pour dire qu'il y a eu « dégradation » ?
La difficulté dans ce domaine, c'est la définition même de la dégradation. Il faut au moins distinguer trois étapes.
- Désintégration : la forme disparaît. C'est le stade où le plastique se déchire et devient invisible
- Baisse de la masse moléculaire : la chaîne raccourcit. Le matériau reste du plastique
- Dégradation complète : transformation en dioxyde de carbone, eau et biomasse microbienne. C'est seulement à ce stade qu'on peut parler de retour à la nature
Dans les tests, on utilise une méthode qui consiste à mesurer la quantité de dioxyde de carbone produite pour déterminer quel pourcentage du carbone initial a été converti. L'essentiel n'est pas de savoir si la forme a disparu, mais de suivre le devenir du carbone.
Cependant, ce test est réalisé à une température, une humidité et avec des micro-organismes déterminés. Le réussir ne garantit pas que le même processus se produira de la même façon en mer ou dans le sol. C'est là que réside la contradiction entre l'étiquette « biodégradable » et le comportement réel dans l'environnement.
RechercheCe qui reste sans réponse
- La méthode d'estimation de la durée de vie elle-même n'est pas établie. Comme on l'a vu au point ③, la méthode qui extrapole une observation courte sur le long terme repose sur de nombreuses hypothèses. Les données à long terme obtenues en mer ou dans le sol réel restent, dit-on, insuffisantes.
- La mise en pratique des enzymes de décomposition se heurte à un obstacle de vitesse. L'enzyme décomposant le PET fait l'objet d'améliorations depuis sa découverte, mais atteindre une vitesse et un coût viables à l'échelle industrielle reste aujourd'hui un défi.
- L'évaluation de l'impact des microplastiques sur les êtres vivants n'est pas encore fixée. Leur ingestion elle-même est largement rapportée, mais à quelle taille, en quelle quantité, et avec quels effets reste en cours d'étude. Il est important de ne pas confondre « on ne sait pas encore » avec « ce n'est pas un problème ».
- On ne connaît même pas précisément la quantité totale présente dans l'environnement. Un écart est constaté entre la quantité qui entre dans l'océan et celle observée en surface, ce qui pose la question de où se trouve ce « plastique disparu ».
C'est un matériau qui existe depuis moins de cent ans. Nous sommes en train de vérifier, en temps réel, ce qu'il devient dans la nature. « On pourra le mesurer plus tard » et « il sera déjà trop tard pour revenir en arrière » peuvent être vrais en même temps.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, le rôle des êtres vivants (décomposeurs) | La décomposition par les micro-organismes |
| Lycée | Chimie de base, quantité de matière et densité | Calcul du nombre de fragments d'un sac plastique |
| Lycée | Biologie de base, action des enzymes | L'action limitée à une forme adaptée |
| Lycée+ | Chimie, composés macromoléculaires | Oxygène et azote dans la chaîne, et facilité de coupure |
| Université | Chimie des polymères, chimie de l'environnement | Les trois étapes de la dégradation, le test par mesure du CO₂ |
| Recherche | Sciences de l'environnement (non résolu) | Estimation de la durée de vie, mise en pratique des enzymes, évaluation de l'impact |
| ― | Vie quotidienne / environnement | Ramasser avant fragmentation, lire les étiquettes, trier |
- Yoshida, S. et al., A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate), Science 351, 2016.
- Chamas, A. et al., Degradation rates of plastics in the environment, ACS Sustainable Chem. Eng. 8, 2020 (méthodes et fourchettes d'estimation de la durée de vie).
- Documents du ministère japonais de l'Environnement (環境省) sur les déchets plastiques marins et les microplastiques.
- Explication de l'Association japonaise des bioplastiques (日本バイオプラスチック協会) sur les normes et méthodes de test des plastiques biodégradables.
- Rapport d'évaluation du GESAMP sur les microplastiques dans l'environnement marin.
※ La densité, le poids et la vitesse de dégradation varient fortement selon le type de matériau et les conditions environnementales. Cet article présente des ordres de grandeur couramment cités.
※Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Les méthodes de tri et de traitement des déchets varient selon les communes. Veuillez suivre les consignes de votre municipalité. Pour l'impact du plastique dans l'environnement, consultez les informations les plus récentes fournies par les organismes publics compétents. Les valeurs présentées ici sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension des mécanismes.