Résumé/Abstract

Abstract

Cleaning the Oceans from plastic pollution

In just a few years of growth, world population has more than tripled, inevitably leading to mass consumption and therefore to plastic packaging. This resulted in the dumping of a huge amount of waste very difficult to degrade, which, for most of it, reaches the oceans. Guided by marine currents, plastic items accumulate and gather in each of the five oceans.  In the Pacific Ocean, this garbage patch is said to spread on an area which is 5 times larger than France, not without consequences on biodiversity as well as humans and their activities.

The goal of this study is to describe the life cycle of an aquatic plactic item, from its arrival into the ocean to its retrieval and reprocessing. North Atlantic Oceanic currents will be described and modelled. Then, two possible solutions to plastic pollution will be exposed:

  • The retrieval of water surface aquatic plastic waste and reprocessing into fuel or incineration. We will try to figure out whether this reprocessing could be enough to cover the extraction costs.
  • The increasing use of biodegradable bioplastics, such as PLA (polylactic acid). We will discuss whether this solution is environment-friendly.

ROMS AGRIF software uses primitive equations to model currents and represents the oceanic flow. This way, we can observe the four main currents of the gyre in the Atlantic Ocean.  Thanks to this modelling, combined with movement equations of plastic particles, we can understand their paths.  As soon as they enter the ocean, plastic items are carried by the main currents to the center of the gyre, where they accumulate. Retrieving them from this point might thus be interesting.

 

However, plastic extraction from the North Atlantic gyre doesn’t seem to be profitable. Indeed, in the three possible reprocessing solutions considered, the net present value, or NPV, is very negative. A project is usually accepted when this value is strictly positive. Moreover, comparative LCA (life cycle assessment) of both reprocessing solutions (conversion into fuel or incineration) doesn’t show any significant difference regarding environmental impacts. Conversion into diesel then appears to be the most acceptable answer, considering sustainable development requirements. Nevertheless, this result is strongly dependent on the amount of plastic which is really extractible, and this value is difficult to assess.

Downward solutions being hardly feasible, from an economic as well as a technical point of view, it may be more relevant to act upwards. For example, conventional plastics could be substituted by biodegradable ones. LCA clearly shows that for plastics ending on a marine environment, PLA is less dangerous to the environment than polyethylene which was retrieved and reprocessed. The role of recycling in avoiding or reducing the impact should also be noted. Because they directly depend on hypothesis, particularly regarding PLA biodegradability in the ocean, those results have to be analyzed with a critical mind. 

Ocean plastic pollution remains a complex and not well-known issue. Nowadays, the lack of information about those “plastic continents”, as well as the lack of technical means and political will, is an obstacle to setting up a project to depollute those areas. Upwards solutions such as recycling, bioplastics or taxes currently seem to be more realistic.

 

Résumé

Curage des déchets plastiques dans l'Océan

En quelques années de croissance, la population mondiale a plus que triplé, engendrant une augmentation de la consommation de masse et donc de l’utilisation d’emballages plastiques. Ceci entraîne le rejet d’une quantité considérable de déchets peu dégradables qui, pour une partie d'entre eux, rejoignent les océans. Guidés par les courants marins, ils forment de gigantesques amas, que l'on retrouve dans chaque océan. Dans l’océan Pacifique, cette "île de déchets" s’étendrait sur une surface équivalente à plus de 5 fois la France, cela non sans conséquences sur la biodiversité, ainsi que sur l'Homme et ses activités.

L'objectif de ce bureau d'étude est de décrire le cycle de vie du déchet marin plastique de son arrivée au sein de l'océan jusqu'à sa récupération et sa revalorisation. Nous nous pencherons donc sur la description et la modélisation des courants océaniques au niveau du gyre Atlantique Nord. Puis nous étudierons deux solutions possibles au problème de pollution plastique :

  • La récupération des déchets plastiques de l’océan et leur revalorisation en carburant ou par incinération. On se demandera notamment si cette revalorisation permettrait de financer le projet de curage.
  • Le développement de bioplastiques biodégradables, et plus particulièrement du PLA (acide polylactique). Nous verrons si cette solution est acceptable d’un point de vue environnemental.

Le logiciel ROMS AGRIF se sert des équations primitives des courants afin de les modéliser et permet d'obtenir une bonne représentation de la circulation océanique. On observe ainsi au niveau de l’Atlantique Nord les quatre courants principaux formant le gyre. Ces modélisations couplées aux équations de déplacement des particules de plastiques permettent de comprendre leurs  trajectoires. A leur arrivée dans l’océan,  les déchets plastiques sont entraînés par les grands courants jusqu’au centre du gyre, ou ils s’accumulent. Il peut donc être intéressant de chercher à les récupérer à cet endroit.

 

Cependant, l’extraction du plastique dans le gyre Atlantique Nord ne serait pas rentable. En effet, dans les trois cas de valorisation envisagés, la valeur actuelle nette (VAN)  est très négative. Or, un projet n'est communément accepté que lorsque cette valeur est strictement positive. Par ailleurs, l’ACV comparative des deux voies de revalorisation -transformation en diesel et incinération- ne montre pas de différence notable au niveau des impacts environnementaux. La transformation en diesel apparaît donc être la solution la plus acceptable au vu des exigences du développement durable. Néanmoins, ce résultat dépend fortement de la quantité de plastique réellement extractible, donc valorisable, et cette valeur est difficile à estimer.

Les solutions aval étant difficilement réalisables, tant d’un point de vue technique qu’économique, il serait plus pertinent de s’intéresser à une solution amont, notamment celle qui consiste à substituer les plastiques traditionnels par des bioplastiques biodégradables. L’analyse de cycle de vie (ACV) réalisée montre clairement que pour des plastiques se retrouvant en milieu marin, le PLA est moins nocif pour l’environnement que le PE (polyéthylène) récupéré et revalorisé. De plus, on peut noter l’importance du recyclage en termes d’impacts évités pour la filière classique. Cependant, ces résultats sont à analyser avec du recul et un esprit critique car ils dépendent directement des hypothèses de travail, notamment en ce qui concerne la biodégradabilité du PLA dans l’océan.

 

Le problème de la pollution plastique des océans reste un problème complexe et encore peu connu. A l’heure actuelle, le manque d’information sur les « continents de plastiques », de moyens techniques et de volonté politique est un frein à la mise en place d’un projet concret de dépollution de ces zones. Les solutions amont (recyclage, bioplastiques, taxes) semblent être pour le moment plus réalistes.