Metodologie
Campionamento di microplastiche
Parte del nostro lavoro prevede il prelievo di campioni di acqua di mare per raccogliere le microplastiche. A seconda dei partner e delle loro esigenze, le reti utilizzate ei protocolli seguiti non sono gli stessi.
Nella colonna d'acqua: la rete di chiusura
La rete di chiusura consente il campionamento nella colonna d'acqua, tra 2 profondità selezionate. Durante il campionamento, la barca deve essere ferma.
Il protocollo per l'utilizzo della rete di chiusura WP2 è stato validato dalle spedizioni oceanografiche 2017, 2018 e 2019.
La rete che utilizziamo ha una maglia di 75 µm: può quindi raccogliere tutte le particelle maggiori di 75 µm.
In superficie: la rete di mante
La rete di mante consente il campionamento sulla superficie dell'acqua, nei primi 15 cm della colonna d'acqua. Per tutto il periodo di campionamento, la rete deve essere trainata dall'imbarcazione in movimento ad una velocità compresa tra 3 e 5 nodi.
Nel 2022, l'equipaggio ha imbarcato 2 diverse mante. Uno ha una maglia di 125 µm (LNE - AgroParisTech) e l'altro* di 300 µm (Oceaneye).
*Questa rete ci è stata prestata dalla Società Svizzera dei Cetacei
Campionamento di nanoplastiche
Approfondimento: Bottiglie Niskin
Il campionamento delle nanoplastiche viene effettuato utilizzando quattro bottiglie Niskin . Si tratta di bottiglie di campionamento, utilizzate per prelevare l'acqua da una determinata profondità, calandole in mare all'estremità di un cavo.
Per SEA Plastics, nel 2021, quattro bottiglie Niskin sono state immerse nella colonna d'acqua, poi riportate a bordo, dove i campioni sono passati attraverso setacci a maglia sempre più fine, per poi essere filtrati su un supporto in microfibra di vetro che manterrà tutte le particelle tra 700 nm e 50 µm.
I media in microfibra di vetro nel 2021 hanno reso difficile l'analisi del campione. Nel 2022 i test verranno forse effettuati con un supporto di natura diversa.
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Esperienze integrate
Nel 2022, l'equipaggio ha deciso di condurre i propri esperimenti a bordo della barca. Questi esperimenti condotti in condizioni ambientali mirano a studiare due problematiche legate alle microplastiche:
l' invecchiamento delle microplastiche nell'ambiente marino
il trasporto di inquinanti da parte delle microplastiche
L'impostazione di questi esperimenti ha richiesto fasi di consulenza, progettazione, prototipazione, test e industrializzazione prima dell'inizio della spedizione. Una volta a bordo, sono state necessarie nuove sessioni di armeggiare, test e adeguamenti. I test di laboratorio e la realtà sul campo non sono la stessa cosa!
Invecchiamento delle microplastiche in condizioni ambientali
Nell'ambiente, le particelle di plastica sono soggette a numerosi vincoli meccanici (onde, corrente), fisici (UV, temperatura), chimici (ossidazione, idrolisi) e biologici (biodegradazione da parte di microrganismi).
Le materie plastiche subiscono poi, nel tempo, modificazioni strutturali (abrasione, cricche, frammentazione, alterazione della cristallinità, ecc.) ma anche chimiche (fenomeno di adsorbimento e desorbimento delle molecole). I biofilm possono anche formarsi sulla superficie della plastica.
L'invecchiamento della plastica è un vero problema perché moltiplica i pericoli legati all'inquinamento da plastica: frammentazione delle particelle in micro e nanoplastiche, favorendone la diffusione e aumentando l'ingestione da parte degli organismi viventi; formazione di biofilm e trasporto di specie patogene e/o invasive; aumento della capacità di adsorbimento di inquinanti e di desorbimento di additivi nell'ambiente marino.
1. Progettazione
Abbiamo scelto di studiare l'invecchiamento di quattro diverse plastiche. Il polietilene (PE) e il polipropilene (PP) si trovano comunemente nell'ambiente marino e pochi studi hanno studiato il loro invecchiamento in condizioni ambientali. Il polietilene tereftalato (PET) è una plastica molto resistente secondo la letteratura. Per questo abbiamo scelto di prenderlo come un controllo negativo. Infine, abbiamo scelto come controllo positivo un polimero biodegradabile (fecola di patate) a bassa resistenza.
Prima della spedizione, le strisce venivano tagliate a mano da PE, PP, PET e plastica biodegradabile.
Ancora una volta, non tutto va come previsto quando sei sul campo.
Inizialmente, 3 lotti composti da 4 tipi di plastica hanno dovuto essere immersi in acqua di mare per tutta la durata della spedizione a tre diverse profondità.
Avevamo immaginato un progetto sperimentale consistente nel trainare una catena nella parte posteriore della barca, sulla quale sarebbero stati fissati tre cestini metallici protettivi contenenti le strisce di plastica. Un lotto di strisce sarebbe stato anche posizionato sul ponte della barca.
2. Posizionamento a bordo
Sfortunatamente, questo protocollo non può essere seguito in questo modo. In effetti, il traino di una catena di 10 metri è possibile solo al largo. Tuttavia, essendo la durata cumulativa totale dei nostri scali in porto troppo lunga, la durata dell'immersione in acqua delle strisce sarebbe stata troppo breve per rilevare modifiche significative della loro struttura.
Abbiamo quindi scelto di modificare le condizioni di esposizione per lotti di strip:
Immersione in acqua di mare tra la superficie e 2 m di profondità
Esposizione all'aria aperta con spray : sul ponte della barca
Esposizione all'aria aperta senza spruzzi : in cima all'albero della barca
Trasporto di inquinanti da parte di microplastiche
È stato dimostrato che le microplastiche (particelle < 5 mm) presenti nell'oceano sono in grado di trasportare sostanze inquinanti . Questi composti possono derivare dalla composizione specifica della plastica (additivi chimici che conferiscono proprietà alla plastica, aggiunti durante la sua fabbricazione). Ma possono essere anche composti chimici presenti nell'oceano (idrocarburi, pesticidi, residui di farmaci, inquinanti organici persistenti, interferenti endocrini, ecc.) che vengono adsorbiti sulle microplastiche, cioè che sono y fix.
Le microplastiche sono i supporti d'elezione : tutti i composti idrofobici (che non possono formare un legame con l'acqua) tendono ad attaccarsi a tutti i residui che non sono molecole d'acqua. Altri cosiddetti composti "anfifilici" si attaccano ad esso, ma in modo più fragile.
Questo trasporto di inquinanti rappresenta un pericolo per la salute degli organismi marini : durante l'ingestione passiva di microplastiche e sotto l'effetto dei fluidi digestivi, gli inquinanti (in particolare gli anfifili) possono essere rilasciati nei tessuti degli organismi viventi e interrompere le loro principali funzioni (crescita , riproduzione, respirazione, ecc.).
1. Progettazione
Per studiare il trasporto di microinquinanti da parte delle microplastiche, abbiamo immaginato un progetto sperimentale consistente nell'immersione di microplastiche “vergini”, di natura diversa ma nota, in acqua di mare durante la nostra spedizione. Queste microplastiche sarebbero raggruppate in piccole scatole, a loro volta contenute in barattoli.
SPECIFICHE
Le scatole dovrebbero essere:
filtri (l'acqua deve passare) e contengono microplastiche (che non devono fuoriuscire)
resistente (per resistere agli urti)
identificabili per la natura delle microplastiche che contengono
la loro dimensione deve consentire loro di contenere 2,5 g di microplastiche
I vasetti dovrebbero essere:
attraversamenti di un flusso uniforme di acqua di mare
non ci dovrebbe essere superficie d'acqua aperta
rifornito di acqua di mare al largo e nei porti (essendo l'acqua nei porti sovrainquinata, è necessario predisporre un circuito “buffer”)
Scatole filtro e microplastiche
Sono state necessarie molte discussioni per determinare il sistema e i materiali più favorevoli. Sono emerse diverse idee per la produzione di scatole filtro:
Idea 1: forare il coperchio delle scatole con un sistema di chiodi tipo “tappeto fachiro”.
Idea 2: posizionare una rete metallica sull'apertura delle scatole con le viti
Idea 3: appiattire una rete metallica con un cilindro un po' più grande dell'altezza della scatola e avvitare con forza il tappo sul filetto della vite.
I prototipi sono stati quindi progettati e testati.
Alla fine è stato scelto il prototipo con il cilindro.
Fu quindi necessario passare all'industrializzazione : c'erano 300 scatole da produrre. I cilindri possono essere prodotti presso l'officina ATMX dell'EPFL con tubi in alluminio.
Le scatole sono state tagliate con un punteruolo, le grate e il tessuto metallico con una pinza tagliente.
Abbiamo anche dovuto pensare alla massiccia produzione di microplastiche . Alcune delle microplastiche sono state grattugiate o tagliate da macroplastiche (tubi, bottiglie, ecc.). Per alcuni pezzi ancora troppo grandi è stata necessaria la criogenizzazione (azoto liquido, -150°C), seguita da macinazione e setacciatura.
Abbiamo scelto di studiare le microplastiche comunemente presenti nell'ambiente marino: polipropilene (PP), polistirene (PS), polietilene tereftalato (PET) e polivinilcloruro (PVC). Studieremo anche le particelle di pneumatico (poco studiate in condizioni ambientali e tra le prime fonti di microplastiche primarie).
barattoli
A bordo verranno utilizzati un totale di sei vasetti:
tre di loro serviranno da tampone : le riempiremo al largo prima del nostro arrivo in ogni porto, per poter rinnovare l'acqua nelle giare sperimentali durante i nostri scali
tre vasetti “ sperimentali ” conterranno le scatole filtro piene di microplastica
vasetto A: contiene le scatole in PVC e PS
vaso B: contiene le scatole in PET e PP
jar F: contiene particelle di pneumatici
2. Posizionamento a bordo
Una volta che le giare furono a bordo, abbiamo dovuto pensare a un modo per alimentarle con un flusso di acqua di mare, per fare questo abbiamo utilizzato uno scafo passante esistente per sfruttare un'apertura sul pontone. L'impianto di acqua dolce era collegato a questo scafo passante, con una valvola già installata e collegata alla pompa. (Questo tubo dell'acqua dolce consente l'approvvigionamento d'acqua in banchina e in mare per spruzzare il ponte dell'acqua dolce.) Nello stesso punto è stato condannato un tubo del circuito dell'acqua salata collegato a questa stessa pompa. Lo abbiamo riavviato e lo abbiamo collegato allo scafo passante con un sistema a T e doppia valvola.
I tre vasi sperimentali potrebbero quindi essere collegati al circuito dell'acqua salata tramite un'infermiera.
La pompa non sarà in grado di funzionare continuamente in alto mare, poiché il suo consumo di elettricità è troppo elevato. Funziona quindi in modo intermittente per consentire il regolare rinnovo dell'acqua.
