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les matières plastiques et l’environnement
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les matières plastiques et l’environnement

by admin3 mai 2015

Plastiques

Plastique, grec plastikos, signifie modelable. Sont des matériaux organiques de synthèse fondés sur l’emploi des macromolécules. La matière première généralement utilisée est le pétrole duquel sont extraites des molécules d’hydrocarbure. Elles sont ensuite unies entre elles pour former des molécules de masse plus importante: les polymères. 4% du pétrole est utilisé pour fabriquer des matières plastiques. En plus de la résine (produit polymère : naturel, artificiel ou synthétique,  qui est une matière de base pour fabriquer des matières plastiques), les additifs et adjuvants sont là pour améliorer les propriétés chimiques et physiques du matériau, notamment la résistance aux chocs, la couleur, la plasticité, la résistance au vieillissement, etc.

Une fois qu’elle est créée, plastique (ou presque) ne meurt jamais. Alors que dans la 12e année Miranda Wang et Yao Jeanny allés à la recherche d’une nouvelle bactérie se biodégrader plastique – spécialement en brisant les phtalates, un plastifiant nuisible. Ils ont trouvé une réponse étonnamment proche de la maison.

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Miranda Wang : Nous sommes ici pour parler des accidents. Que vous inspirent les accidents ? Lorsque nous pensons aux accidents, nous les tenons pour nuisibles, malheureux ou encore dangereux, et ça peut assurément être le cas. Mais sont-ils toujours si mauvais ? La découverte qui a conduit à la pénicilline, par exemple, c’est un des accidents les plus heureux de tous les temps. Sans l’ accident de moisissures du biologiste Alexander Fleming, dû à un poste de travail mal entretenu, nous ne serions pas capables de combattre toutes ces infections bactériennes.
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Jeanny Yao : Miranda et moi, nous sommes ici aujourd’hui parce que nous aimerions vous expliquer comment nos accidents ont permis de faire des découvertes. En 2001, nous avons visité la Vancouver Waste Transfer Station (centre de collecte des déchets) où nous avons vu une fosse gigantesque pleine de déchets plastiques. Nous nous sommes aperçues que lorsque les plastiques arrivent dans la décharge, il est difficile de les trier parce qu’ils ont des densités similaires, et lorsqu’ils sont mélangés avec des matières organiques et des débris de construction, il devient vraiment impossible de les identifier et les éliminer.
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MW : Pourtant, les plastiques sont utiles parce qu’ils sont durables, flexibles, et on peut facilement les mouler en une quantité de formes. Le revers de cette médaille, c’est que ça a un coût élevé. Les plastiques posent des problèmes comme par exemple la destruction des écosystèmes, la pollution des ressources naturelles, et la réduction de l’espace terrestre disponible. L’image que vous voyez ici, c’est le Gyre du Pacifique nord. Quand on pense à la pollution par le plastique et à l’environnement marin, on pense au Gyre du Pacifique nord qui forme en théorie une île de déchets plastiques flottants. Mais cette description de la pollution plastique dans l’environnement marin n’est plus exacte. À l’heure actuelle, l’océan est en fait une soupe de débris plastique, et il n’y existe plus aucune zone de l’océan exempte de particules plastiques.
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JY : Dans une société qui dépend du plastique, réduire la production est un bon objectif, mais ça ne suffit pas. Et que faire des déchets déjà produits ? La biodégradation des plastiques nécessite plusieurs centaines à plusieurs milliers d’années. Alors, nous avons eu cette idée : au lieu d’attendre que les déchets s’accumulent, trouvons un moyen de les décomposer avec des bactéries. Ça paraît génial, non ?
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Public : Oui ! JY : Merci. Mais il y avait un problème… Il faut savoir que les plastiques ont une structure très complexe et ils ne se biodégradent pas facilement. Malgré ça, nous étions curieuses, pleines d’espoir, et nous voulions tenter notre chance.
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MW : avec cette idée en tête, Jeanny et moi avons lu des centaines d’articles scientifiques sur Internet, et nous avons ébauché un projet de recherche. au début de notre classe de terminale. Nous avons analysé notre fleuve local, le Fraser, pour y trouver des bactéries capables de détruire les phtalates, qui sont des plastifiants nocifs. Les phtalates sont des additifs utilisés dans les produits plastiques courants pour augmenter leur flexibilité, leur résistance et leur transparence. Bien qu’ils fassent partie du plastique, ils ne sont pas liés par covalence à la structure de base du plastique. En conséquence, ils se dispersent facilement dans notre environnement. Non seulement les phtalates polluent notre environnement, mais ils polluent aussi nos corps. Pire encore, on trouve des phtalates dans les produits auxquels nous sommes le plus exposés comme les jouets pour bébés, les canettes ou les bouteilles, les cosmétiques, et même les emballages alimentaires. Les phtalates sont terribles car le corps les absorbe très facilement. Ils peuvent être absorbés par contact cutané, par ingestion et par inhalation.
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JY : Chaque année, au moins 210 000 tonnes de phtalates polluent l’air, l’eau et le sol. L’Agence de protection de l’environnement a classé ce groupe dans les polluants de première priorité, car il a été démontré qu’il était responsable de cancers et d’anomalies congénitales en tant que perturbateur endocrinien. Nous avons vu que chaque année, la municipalité de Vancouver surveille la concentration des niveaux de phtalate dans les fleuves pour évaluer leur sécurité. Nous nous sommes donc dit que si certaines zones du Fraser sont contaminées par les phtalates et s’il existe des bactéries capables de survivre dans cet environnement, peut-être que ces bactéries ont évolué et sont capables de détruire les phtalates.
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MW : Nous avons donc présenté cette bonne idée au Dr. Lindsay Eltis de l’Université de Colombie Britannique qui, à notre surprise, nous a invité dans son laboratoire. Il a demandé à Adam et James, ses étudiants, de nous aider. À cette époque, nous étions loin de nous douter qu’une visite à la décharge, quelques recherches sur Internet et un peu de courage pour concrétiser cette inspiration suffiraient à nous lancer dans cette aventure pleine de surprises et de découvertes qui allait changer notre vie.
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JY : La première étape de notre projet a consisté à prélever des échantillons de sol à trois endroits différents du Fraser. Parmi les milliards de bactéries présentes, nous voulions trouver celles capables de décomposer les phtalates, c’est pourquoi nous avons enrichi nos cultures avec des phtalates comme seule source de carbone. Ça signifiait que les éléments qui poussaient dans nos cultures, pouvaient se nourrir des phtalates. À partir de là tout s’est bien passé, et nous nous sommes devenues des scientifiques extraordinaires. (Rires)
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MW : Hum… Jeanny. JY : Je blaguais.
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MW : Bon, c’était en partie de la faute. Voilà, j’ai cassé par accident le flacon qui avait contenu notre troisième culture, nous avons donc dû nettoyer l’incubateur deux fois avec de l’eau de Javel et de l’éthanol. Et cela n’est qu’un exemple des nombreux accidents qui se sont produits au cours notre expérimentation. Mais cette erreur est plutôt bien tombée. Nous nous sommes aperçues que les cultures qui étaient intactes avaient été prélevées dans des zones où les niveaux de contamination était inverse. Cette erreur nous a donc amenées à penser que nous pourrions comparer les différents pouvoirs de dégradation des bactéries par rapport aux zones présentant un niveau de contamination inverse.
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JY : Lorsque nous avons cultivé les bactéries, nous avons cherché à isoler les souches en marquant les plaques intermédiaires car nous pensions que cela limiterait les accidents, mais c’était là encore une erreur. Nous avons fait des trous dans la gélose lors du marquage et avons contaminé une partie des échantillons et des champignons. Nous avons par conséquent dû refaire le marquage plusieurs fois. Nous avons ensuite suivi l’utilisation des phtalates et la prolifération bactérienne, et nous avons pu établir une corrélation inverse. Lorsque le nombre de bactéries augmentait, la concentration de phtalates diminuait. Ça signifie que nos bactéries se nourrissaient des phtalates.
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MW : Après avoir trouvé des bactéries capables de décomposer les phtalates, nous nous sommes demandé de quoi il s’agissait. Jeanny et moi avons donc sélectionné trois des souches les plus efficaces et nous avons procédé à une amplification de séquence du gène Nous avons ensuite comparé nos données avec une base de données exhaustive en ligne. Nous étions ravies de constater que même si nos trois souches de bactéries avaient déjà été identifiées, deux d’entre elles n’avaient pas été associées auparavant à la dégradation des phtalates, c’était donc une nouvelle découverte.
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JY : Pour mieux comprendre le fonctionnement de cette biodégradation, nous voulions vérifier les voies cataboliques de nos trois souches. Pour ça, nous avons extrait des enzymes de nos bactéries et elles ont réagi avec un intermédiaire de l’acide phtalique.
6:51
MW : Nous avons suivi cette expérience à l’aide de la spectrophotométrie, ce qui a donné ce beau graphique. Le graphique montre que nos bactéries ont une voie génétique qui favorise la biodégradation des phtalates. Nos bactéries transforment les phtalates, une toxine nuisible, en produits finaux du type dioxyde de carbone, eau, et alcool.
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Je sais que certains d’entre vous se disent que le dioxyde de carbone est terrible, que c’est un gaz à effet de serre. Mais si nos bactéries n’avaient pas évolué pour décomposer les phtalates, elles auraient utilisé une autre sorte de source de carbone, et la respiration aérobique aurait inévitablement conduit à la création de produits finaux comme le dioxyde de carbone de toute façon.
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Nous étions aussi intéressées par le fait que même si nous avons obtenu une plus grande diversité de bactéries capables de procéder à une biodégradation dans les habitats d’oiseaux, les dégradants les plus efficaces provenaient des décharges. Ça prouve tout à fait que la nature évolue par sélection naturelle.
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JY : Miranda et moi avons donc partagé nos recherches lors du défi Sanofi BioGENEius et notre projet a été reconnu comme ayant le plus fort potentiel de commercialisation. Même si nous ne sommes pas les premières à identifier des bactéries capables de décomposer les phtalates, nous avons été les premières à analyser notre fleuve et à y trouver une solution possible pour un problème local. Nous avons non seulement montré que les bactéries peuvent être la solution contre la pollution générée par le plastique, mais aussi que le fait de garder l’esprit ouvert malgré les incertitudes et de prendre des risques permet de faire des découvertes inattendues.
8:12
Au fil de ce parcours, nous avons également découvert notre passion pour la science et nous poursuivons actuellement nos recherches universitaires sur d’autres combustibles fossiles chimiques. Nous espérons que, dans un avenir proche, nous pourrons créer des organismes modèles capables de décomposer non seulement les phtalates, mais aussi une grande variété de polluants. Cela peut s’appliquer aux stations de traitement des eaux usées pour purifier nos fleuves, et à d’autres ressources naturelles. Peut être qu’un jour nous serons en mesure de nous attaquer au problème des déchets plastiques solides.
8:43
MW : Je pense que ce parcours a vraiment transformé notre vision des micro-organismes. Jeanny et moi, nous avons démontré que même les erreurs peuvent favoriser les découvertes. Comme disait Einstein : « On ne peut pas résoudre un problème avec les mêmes modes de pensée qui l’ont engendré. » Nous pensons que si on produit du plastique de façon synthétique de plastique, la solution se trouve dans la décomposition biochimique.
9:05 Merci beaucoup.JY : Merci.

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(Applaudissements)
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