Metodologías
Muestreo de microplásticos
Parte de nuestro trabajo consiste en tomar muestras de agua de mar para recolectar microplásticos. Dependiendo de los socios y sus necesidades, las redes utilizadas y los protocolos seguidos no son los mismos.
En la columna de agua: la red de cierre
La red de cierre permite tomar muestras en la columna de agua, entre 2 profundidades seleccionadas. Durante el muestreo, el barco debe estar parado.
El protocolo de uso de la red de cierre WP2 fue validado por las expediciones oceanográficas de 2017, 2018 y 2019.
La red que utilizamos tiene una malla de 75 µm: por lo tanto, puede recoger todas las partículas mayores de 75 µm.
En la superficie: la manta red
La manta red permite muestrear en la superficie del agua, en los primeros 15 cm de la columna de agua. Durante todo el período de muestreo, la red debe ser remolcada por la embarcación en movimiento a una velocidad de entre 3 y 5 nudos.
En 2022, la tripulación embarcó 2 mantanetas diferentes. Uno tiene malla de 125 µm (LNE - AgroParisTech) y el otro* de 300 µm (Oceaneye).
*Esta red nos la prestó la Swiss Cetacean Society
Muestreo de nanoplásticos
En profundidad: botellas Niskin
El muestreo de nanoplásticos se realiza utilizando cuatro botellas Niskin . Se trata de botellas de muestreo, que se utilizan para tomar agua desde una determinada profundidad, bajándolas al final de un cable al mar.
Para SEA Plastics, en 2021, cuatro botellas de Niskin fueron sumergidas en la columna de agua, luego traídas nuevamente a bordo, donde las muestras pasaron por tamices de malla cada vez más fina, para luego ser filtradas en un soporte de microfibra de vidrio que mantendrá todas las partículas entre 700 nm y 50 µm.
Los medios de microfibra de vidrio en 2021 dificultaron el análisis de muestras. En 2022, quizás se realicen pruebas con un soporte de diferente naturaleza.
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Experiencias integradas
En 2022, la tripulación decidió realizar sus propios experimentos a bordo del barco. Estos experimentos realizados en condiciones ambientales pretenden estudiar dos cuestiones relacionadas con los microplásticos:
el envejecimiento de los microplásticos en el medio marino
el transporte de contaminantes por microplásticos
La configuración de estos experimentos requirió fases de consulta, diseño, creación de prototipos, pruebas e industrialización antes del inicio de la expedición. Una vez a bordo, fueron necesarias nuevas sesiones de retoques, pruebas y ajustes. ¡Las pruebas de laboratorio y la realidad sobre el terreno no son lo mismo!
Envejecimiento de microplásticos en condiciones ambientales
En el medio ambiente, las partículas de plástico están sujetas a muchas limitaciones mecánicas (ondas, corriente), físicas (UV, temperatura), químicas (oxidación, hidrólisis) y biológicas (biodegradación por microorganismos).
Con el tiempo, los plásticos luego sufren modificaciones estructurales (abrasión, grietas, fragmentación, alteración de la cristalinidad, etc.) pero también químicas (fenómeno de adsorción y desorción de moléculas). También se pueden formar biopelículas en la superficie de los plásticos.
El envejecimiento del plástico es un problema real porque multiplica los peligros asociados a la contaminación plástica: fragmentación de partículas en micro y nanoplásticos, favoreciendo su diseminación y aumentando la ingestión por parte de los organismos vivos; formación de biopelículas y transporte de especies patógenas y/o invasoras; aumento de la capacidad de adsorción de contaminantes y desorción de aditivos en el medio marino.
1. Diseño
Hemos optado por estudiar el envejecimiento de cuatro plásticos diferentes. El polietileno (PE) y el polipropileno (PP) se encuentran comúnmente en el ambiente marino y pocos estudios han investigado su envejecimiento en condiciones ambientales. El tereftalato de polietileno (PET) es un plástico muy resistente según la literatura. Por eso decidimos tomarlo como control negativo. Finalmente, elegimos un polímero biodegradable (almidón de patata) con baja resistencia como control positivo.
Antes del envío, las tiras se cortaron a mano de PE, PP, PET y plástico biodegradable.
Nuevamente, no todo sale según lo planeado cuando estás en el campo.
Inicialmente, 3 lotes compuestos por 4 tipos de plástico debían sumergirse en agua de mar durante la expedición a tres profundidades diferentes.
Habíamos imaginado un diseño experimental consistente en tirar de una cadena en la parte trasera del barco, en la que se habrían fijado tres cestas metálicas protectoras que contenían las tiras de plástico. También se habría colocado un lote de tiras en la cubierta del barco.
2. Posicionamiento a bordo
Desafortunadamente, este protocolo no se puede seguir de esta manera. De hecho, remolcar una cadena de 10 m solo es posible en alta mar. Sin embargo, siendo demasiado larga la duración total acumulada de nuestras escalas en puerto, la duración de la inmersión en el agua de las franjas habría sido demasiado corta para detectar modificaciones significativas de su estructura.
Por lo tanto, hemos optado por cambiar las condiciones de exposición para lotes de tiras:
Inmersión en agua de mar entre la superficie y 2m de profundidad
Exposición al aire libre con spray : en la cubierta del barco
Exposición al aire libre sin spray : en la parte superior del mástil del barco
Transporte de contaminantes por microplásticos
Se ha demostrado que los microplásticos (partículas < 5 mm) presentes en el océano son capaces de transportar contaminantes . Estos compuestos pueden provenir de la composición específica de los plásticos (aditivos químicos que dan propiedades al plástico, añadidos durante su fabricación). Pero también pueden ser compuestos químicos presentes en el océano (hidrocarburos, pesticidas, residuos de medicamentos, contaminantes orgánicos persistentes, disruptores endocrinos, etc.) que se adsorben en los microplásticos, es decir, que son y fix.
Los microplásticos son los soportes de elección : todos los compuestos hidrófobos (que no pueden formar un enlace con el agua) tienden a adherirse a todos los residuos que no son moléculas de agua. Se le adhieren otros compuestos llamados "anfifílicos", pero de una manera más frágil.
Este transporte de contaminantes representa un peligro para la salud de los organismos marinos : durante la ingestión pasiva de microplásticos y bajo el efecto de los fluidos digestivos, los contaminantes (en particular los anfífilos) pueden liberarse en los tejidos de los organismos vivos y alterar sus funciones principales (crecimiento , reproducción, respiración, etc.).
1. Diseño
Para estudiar el transporte de microcontaminantes por parte de los microplásticos, imaginamos un diseño experimental consistente en sumergir microplásticos “vírgenes”, de distinta pero conocida naturaleza, en agua de mar durante nuestra expedición. Estos microplásticos estarían agrupados en pequeñas cajas, a su vez contenidas en tarros.
ESPECIFICACIONES
Las cajas deben ser:
filtros (debe pasar el agua) y contener microplásticos (que no deben salir)
resistente (para soportar golpes)
identificables en cuanto a la naturaleza de los microplásticos que contienen
su tamaño debe permitirles contener 2,5 g de microplásticos
Los frascos deben ser:
cruces de un flujo uniforme de agua de mar
no debe haber superficie de agua abierta
abastecido con agua de mar en alta mar y en los puertos (el agua en los puertos está sobrecontaminada, se debe establecer un circuito "tampón")
Cajas de filtros y microplásticos
Fueron necesarias muchas discusiones para determinar el sistema y los materiales más adecuados. Han surgido varias ideas para la fabricación de cajas de filtros:
Idea 1: perforar la tapa de las cajas con un sistema de clavos tipo “alfombra fakir”.
Idea 2: colocar una malla metálica en la apertura de las cajas con tornillos
Idea 3: aplana una malla metálica con un cilindro un poco más grande que la altura de la caja y enrosca con fuerza el tapón en la rosca del tornillo.
Por lo tanto, se diseñaron y probaron prototipos.
Al final se eligió el prototipo con el cilindro.
Entonces fue necesario pasar a la industrialización : había 300 cajas para fabricar. Los cilindros pudieron fabricarse en el taller ATMX de EPFL a partir de tubos de aluminio.
Las cajas se cortaron con punzón, las celosías y la tela metálica con pinzas de corte.
También había que pensar en la producción masiva de microplásticos . Algunos de los microplásticos fueron rallados o cortados de macroplásticos (tuberías, botellas, etc.). Para algunas piezas que aún eran demasiado grandes, fue necesaria la criogenización (nitrógeno líquido, -150°C), seguida de trituración y tamizado.
Elegimos estudiar los microplásticos que se encuentran comúnmente en el medio ambiente marino: polipropileno (PP), poliestireno (PS), tereftalato de polietileno (PET) y cloruro de polivinilo (PVC). También estudiaremos las partículas de neumáticos (poco estudiadas en condiciones ambientales y entre las primeras fuentes de microplásticos primarios).
frascos
Se usarán un total de seis frascos a bordo:
tres de ellos servirán de amortiguador : los llenaremos mar adentro antes de nuestra llegada a cada puerto, para poder renovar el agua de las tinajas experimentales durante nuestras escalas
tres frascos " experimentales " contendrán las cajas de filtro llenas de microplásticos
tarro A: contiene las cajas de PVC y PS
tarro B: contiene las cajas de PET y PP
frasco F: contiene partículas de neumáticos
2. Posicionamiento a bordo
Una vez embarcadas las tinajas, teníamos que pensar en la forma de alimentarlas con un chorro de agua de mar, para ello aprovechamos un pasacasco existente aprovechando una abertura en el pantalán. El sistema de agua dulce estaba conectado a este pasacascos, con una válvula ya colocada y conectada a la bomba. (Esta tubería de agua dulce permite el suministro de agua en el muelle, y en el mar para rociar el puente de agua dulce). En el mismo lugar, se incautó una tubería del circuito de agua salada conectada a esta misma bomba. Lo reiniciamos y lo conectamos al pasacascos con una T y un sistema de doble válvula.
Los tres frascos experimentales podrían luego conectarse al circuito de agua salada a través de una enfermera.
La bomba no podrá funcionar continuamente en alta mar, su consumo de electricidad será demasiado alto. Por lo tanto, funciona de forma intermitente para permitir la renovación regular del agua.
