Une expérience sol-plante de 90 jours a démontré que des nanomatériaux carbonés peuvent préparer les rhizosphères de luzerne à accélérer la biodégradation du polyéthylène (PE), selon des recherches publiées le 23 septembre 2026 dans Environmental Science and Ecotechnology. L'étude, menée par des chercheurs du Département de génie civil, environnemental et géomatique de l'University College London (UCL), a comparé des nanotubes de carbone multi-parois (MWCNT) et de l'oxyde de graphène (GO) à différentes doses et à deux profondeurs de sol, en suivant la perte de masse plastique, la chimie de surface, la résistance mécanique, la croissance des plantes et les communautés microbiennes. Les résultats offrent une stratégie de preuve de concept pour s'attaquer aux déchets plastiques récalcitrants dans les sols contaminés tout en réduisant la phytotoxicité du PE.
Le polyéthylène représente environ 60 % des déchets plastiques mondiaux et persiste dans les sols en raison de son inertie chimique. Les méthodes de dépollution conventionnelles, telles que l'incinération et l'enfouissement, sont énergivores et peuvent créer une pollution secondaire. Les approches à base de plantes sont peu coûteuses et écologiquement compatibles, mais la dégradation quantitative du PE reste lente : les systèmes blé-sol n'ont perdu que 2,8 % en 100 jours, et les rhizosphères de soja ont dégradé environ 8 % de microplastiques de poly(butylène adipate-co-téréphtalate) (PBAT) en 70 jours. Les nanomatériaux carbonés (NM) peuvent accélérer la décomposition des polluants dans des systèmes de laboratoire simplifiés, mais leur performance dans des systèmes sol-plante complexes, au fil du temps et selon les profondeurs du sol, était mal comprise. La nouvelle étude comble cette lacune.
Dans les témoins plantés non amendés, la perte de PE est restée faible : 0,6 % en surface et 1,2 % au fond après 90 jours. Sans plantes, le PE plus les NM n'ont montré aucune dégradation détectable, soulignant le rôle essentiel de la luzerne. Les MWCNT ont produit l'effet de surface le plus fort, atteignant 12,1 % de perte à 200 mg kg-1 après 90 jours et 9,1 % au jour 30, tandis que la perte en couche inférieure plafonnait près de 6 %. Le GO était globalement plus faible mais le plus efficace à 150 mg kg-1, atteignant 7,0 % en surface et 5,8 % en couche inférieure à 90 jours. Les tests mécaniques ont montré un PE vierge à 782,8 ± 0,3 MPa ; les traitements plantés ont réduit le module à 23,2 MPa au fond et 19,6 MPa en surface, les MWCNT causant la plus grande perte. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) et la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) ont indiqué une oxydation de surface, avec un rapport O 1s/C 1s de 0,49 dans les films de surface du traitement plante-MWCNT contre 0,17 pour le PE vierge.
L'analyse microbienne a révélé que les MWCNT enrichissaient les premiers dégradeurs tels que Pseudolabrys et Oleiharenicola et prédisaient l'orthologue K00799 de la Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG), tandis que le GO maintenait Rhodanobacter et Gemmatimonas et K02003. Le PE seul a réduit le potentiel de germination de 32 à 35 % et le taux de germination de 16 à 18 % ; les NM ont atténué cette phytotoxicité. Les auteurs ont déclaré que l'avancée clé était de séparer la chimie de surface rapide des processus plus lents induits par les racines. Ils ont indiqué que les MWCNT semblaient agir presque comme un catalyseur précoce en surface, tandis que le GO soutenait une réponse microbienne plus durable plus profondément dans le sol. Ils ont également souligné que la plante était essentielle : sans luzerne, aucune dégradation mesurable du PE ne s'est produite, même avec les nanomatériaux.
Les résultats indiquent deux applications possibles. Les MWCNT pourraient convenir à un nettoyage intensif à court terme des points chauds contaminés en surface, où l'oxydation rapide et la perte de masse sont prioritaires. Le GO pourrait être mieux exploré pour une restauration plus longue et plus profonde des sols en synergie avec les racines des plantes, en particulier à des doses optimisées. Cependant, l'étude a également trouvé des comptages plus faibles de pièges à insectes dans la plupart des traitements aux nanomatériaux, signalant des effets non ciblés possibles. L'optimisation des doses, les contrôles de sécurité des travailleurs, la réduction des coûts et l'analyse du cycle de vie sont nécessaires avant une utilisation sur le terrain. Les films de PE commerciaux contiennent également des additifs tels que le noir de carbone, dont les interactions avec les nanomatériaux et les intermédiaires de dégradation nécessitent des études supplémentaires. Ensemble, ces résultats soulignent la nécessité d'équilibrer l'efficacité de dégradation avec la sécurité écologique. La recherche a été publiée avec le DOI 10.1016/j.ese.2026.100772.
