Campagnes de mesures et informations sur la plaque de déchets


CAMPAGNES DE MESURES ET INFORMATIONS SUR LA PLAQUE DE DECHETS


 

  • Répartition taille/masse

Quelques campagnes de mesures ont été effectuées en différents endroits des océans et mer (Latin et. al., 2004 ; Thompson et. al., 2004 ; Morris, 1980 ; Colton et. al., 1974) mais très peu se sont intéressés aux zones de convergences qui se situent plus loin des côtes. Une seule étude jusqu'à présent (Moore et. al., 2001) est allée jusque dans la zone de convergence du Nord Pacifique.

Cette étude nous a renseigné sur la densité en plastique à la surface dans cette zone en se basant sur 11 sites de prélèvements aléatoires. A partir de ces prélèvements, une densité moyenne en nombre d'unité ainsi qu'une masse moyenne au km² ont été établi. On trouve ainsi 334 271 pièces/km² et 5 114 g/km².

Cette étude recense également le nombre de particule en fonction du type de plastique et de leur taille, résultats présentés dans le tableau ci-dessous.

Densité (en unités/km²) pour chacun des plastiques et chaque classe de taille

(Source : Moore et. al., 2001)

Ce tableau nous a été utile pour deux raisons : tout d'abord il nous a permis de réaliser un histogramme de répartition taille masse présenté ci-dessous et dans un second temps il nous a servi de grandeur d'entrée pour nos simulations et nous a enfin permis de calculer les vitesses de remontée de chaque particule, ce que nous détaillerons en troisième et dernière partie.

Les prélèvements on été réalisé avec un filet de maille 0.355 mm, ce qui ne nous donne pas accès à l'intégralité des plastiques présents dans cette zone de convergence. Cependant, comme nous avons pu le voir dans la première partie, la subduction de l'eau entraîne avec elle les particules de rayon inférieur à 0.05 mm soit de diamètre inférieur à 0.1 mm. Nous perdons donc qu'une faible quantité d'information avec des filets de cette maille.

Pour la répartition taille masse, nous avons approximé chaque bout de plastique par une sphère avec un rayon moyen correspondant à chacune des classes de taille. De plus pour la classe de taille supérieure nous avons arbitrairement choisi un diamètre moyen de 6 mm.  Nous avons ainsi calculé la masse totale pour chacune des classes de taille par la formule :

$ m_{classe taille} = \sum_{plastique} \frac {4}{3} \pi R^{3} * \rho_{plastique} $

Pour mesurer l'incertitude introduite par l'hypothèse des particules sphériques, nous avons sommé chaque $m_{classe taill}$ pour obtenir une $m_{totale}$ afin de la comparer à la masse/km² renseignée dans l'article. Nous obtenons alors une $m_{totale}$ de 4 253g/km², soit une erreur de 17%

Moyennant cette erreur à considéré lors de l'exploitation du graphique suivant, voici le diagramme de répartition taille masse en pourcentage :

On constate à l'aide de ce graphique que la quasi totalité (98%) de la masse de plastique comprise dans cette zone de convergence est sous la forme de débris de taille caractéristique supérieure à 1 mm. Cela signifie que nous allons pouvoir nous concentrer lors du traitement sur les débris les plus gros et donc les plus faciles à collecter. Cependant cet avantage est à nuancer car nous savons que ce sont les plus petits déchets (taille caractéristique inférieure à 1 mm) qui sont les plus nocifs et les plus dangereux pour la faune océanique car c'est dans cette gamme de taille que les débris se confondent avec les planctons et sont ingurgités par les différents poissons.

 

  • Propriétés physiques des plastiques - Évolution de la densité

​​Toujours avec pour objectif de connaître la plaque de déchets et son comportement, nous nous sommes également intéressés aux propriétés physiques des plastiques présents. Après quelques recherches, nous avons eu accès à la densité de chacun des plastiques résumés dans le tableau suivant.

Ces densités sont définies pour les plastiques purs tels qu'ils sont fabriqués dans l'industrie. Cependant, comme nous avons pu le voir au cours de la première partie, le cycle de convergence des plastiques avant d'atteindre cette zone est de l'ordre de 10 ans. Au cours de ces 10 ans, le plastique subit différents phénomènes tels que la bio-dégradation, la photo-drégradation ou encore l'agglomération de biomasse à sa surface. Les deux premiers phénomènes sont responsables de la taille des débris (ce qui justifie par ailleurs que ce continent de plastique est un continent invisible). Le dernier est responsable de l'altération de la densité des débris et doit donc être pris en compte.

Au cours de leur cycle dans l'océan, les débris plastiques sont la cible d'agglomération de biomasse et cette agglomération peut etre calculée en ajout de volume, de poids et en modification de densité (Lobelle et. al., 2011 ; Artham et. al., 2009 ; Andrady, 2011 ; Morét-Ferguson et. al., 2010). On constate que cette accumulation de biomasse se manifeste sous la forme d'un film à la surface du plastique. Cependant, la formation de se film est relativement rapide (3 semaines) et atteint une taille limite. Une fois que l'ajout de biomasse atteint 1% en volume du débri de plastique (obtenu par relevé de nitrogène qui émane directement de la biomasse), cette agglomération stagne et le poids ainsi que la nouvelle densité du débri restent constants. Pour obtenir le nouvelle densité de chacun des plastiques, nous avons procédé au calcul suivant.

$1w.\% \left( \frac{mol N}{14 gN} \right) \left( \frac{106 mol C}{16 mol N} \right) \left( \frac{12 gC}{mol C} \right) = 5.7w.\% $

Soit $ Total wt.\% biomass = wt.\% N + wt.\% C = 1 wt. + 5.7 wt.\% = 6.7 wt.\% biomass$

Par conséquent cette augmentation en volume de 1% correspond à une augmentation en masse de 6,7%. En supposant que la densité à sec de la biomasse est de $1500 kg.m^{-3}$, on obtient les nouvelles densités par la formule :

$\rho_{biofouled} = 0.933 \rho_{plastic} + 0.067 \rho_{biomass}$

D'où les nouvelles densités que nous avons considérées :

Ce sont ces densités que nous avons utilisées par la suite pour calculer le temps de séjour au sein des cuves de traitement et pour obtenir la composante d'advection simulée dans la partie suivante.