Écologie microbienne associée à la biodégradabilité des plastiques en milieu marin

La lutte contre la pollution plastique est devenue une priorité afin de limiter les impacts déjà visibles sur les écosystèmes naturels. La production de plastiques dits biodégradables est aujourd’hui une composante de la stratégie globale envisagée par les états pour lutter contre cette pollution. Cependant, les tests normatifs (ISO, AFNOR, ASTM…) qui valident la biodégradabilité des plastiques en milieu aquatique ont été largement critiqués dans la littérature scientifique, notamment pour leur manque de représentativité du milieu naturel. L’objectif de cette thèse est de renforcer les connaissances sur la biodégradabilité des plastiques en milieu aquatique et de proposer des pistes d’amélioration des normes actuelles. Une attention particulière s’est portée sur les communautés microbiennes qui colonisent les plastiques en milieu naturel, la « plastisphère ». La première partie de cette thèse porte sur l’analyse des communautés bactériennes associées aux débris plastiques flottant le long du continuum fleuve-mer, grâce à une campagne d’échantillonnage de 8 mois réalisée le long de 9 grands fleuves européens (mission Tara Microplastiques, soutenue par la fondation Tara Océans). On estime en effet que 80% des déchets trouvés en mer proviennent du continent en transitant par les fleuves. Cependant, les études sur la plastisphère en eau douce sont encore peu nombreuses. L’étude taxonomique des communautés associées à ces débris flottants a permis de mettre en évidence des distinctions claires entre les plastisphères en eau douce et en mer, suggérant un faible transfert des communautés du fleuve vers la mer (y compris pathogènes). La deuxième partie de ce travail concerne les méthodes d’évaluation de la biodégradabilité des plastiques en milieu marin. La miniaturisation des tests nous a permis d’augmenter le nombre de conditions et de réplicas analysés pour tenir compte de l’effet du milieu utilisé (eau de mer naturelle ou artificielle), mais également de la diversité de l’inoculum bactérien (eau de mer naturelle ou biofilm bactérien naturel) et de sa concentration (104, 105, 106 cellules par mL) sur différents types de polymères (polyethylène-PE, polyhydroxyalcanoate-PHA et cellulose). L’évolution des activités bactériennes (respirométrie, production hétérotrophe bactérienne), des produits de biodégradation (oligomères) et des concentrations en sels nutritifs ont été analysés pendant 90 jours d’incubation. Ces expériences ont permis de mettre en évidence l’importance d’utiliser un inoculum présélectionné (biofilm mature qui se développe sur le polymère testé pendant au moins un mois) et de suivre les limitations possibles en éléments nutritifs (azote et phosphore) pour réaliser ces tests dans des conditions les plus proches possible du milieu naturel. La troisième partie de cette thèse est une application de la méthode miniaturisée à l’étude de la biodégradabilité de sept formes de PHA ayant des compositions chimiques et des propriétés physiques différentes. Nos tests indiquent que la biodégradabilité des PHA est étroitement liée à la présence de monomère d’acide hydroxybutyrate (HB), qui est à la fois le monomère le plus produit par les organismes qui synthétisent des PHA, mais aussi le plus ciblé par les enzymes des microorganismes responsables de leur dégradation. Ces travaux de thèse contribuent à une meilleure compréhension l’écologie microbienne associée à la biodégradabilité des plastiques en mer et ouvrent de nouvelles perspectives pour l’amélioration des méthodes utilisées dans les normes de biodégradation des plastiques dans l’environnement.