Le spectromètre, l’outil indispensable des « Experts » du plastique

L’analyse d’échantillons de microplastiques est un travail long et minutieux, un peu à la manière d’un médecin légiste, mais en moins macabre – même si les résultats font parfois tout aussi froid dans le dos.

Après avoir manié les tamis, la loupe binoculaire, la pincette et la balance pour séparer, identifier, compter et peser toutes les particules de plastique composant un échantillon, reste à effectuer un « contrôle qualité » avec un lot représentatif. Nous devons ainsi nous assurer des types de polymères présents dans tous les microplastiques analysés.

Vous avez sûrement déjà regardé une série policière où le laborantin, à 99% en blouse blanche (scoop : 99% des scientifiques n’en portent pas dans la vraie vie), lance d’un air à la fois évident et érudit pour le commun des mortels téléspectateurs : « il faut passer cet échantillon au spectromètre de masse pour pouvoir l’identifier ». Nous y voilà. C’est un peu la même chose chez Oceaneye, à la différence qu’il s’agit d’un spectromètre FTIR (pour Fourier Transform InfraRed) et non de masse, généreusement mis à disposition par le Chimiscope, notre partenaire de l’Université de Genève. Nous avions un peu abordé ce sujet dans un précédent article, allons plus loin mais de façon simplifiée.


Comment ça marche ?

Le matériel nécessaire pour effectuer une identification se compose dudit spectromètre, d’une tablette numérique, d’un bon éclairage à l’aide d’un banc de reproduction, d’une fiche d’analyse, d’une solution alcoolique, d’un classeur d’échantillons de référence avec leurs formules chimiques, et bien sûr d’un ordinateur. Le processus est pourtant plus simple qu’il n’y paraît.

Son petit nom est Agilent Cary 630. Un petit bijou.

Dans la base de référence se trouvent aussi les sacs dits compostables : il s’agit d’une famille de bioplastique.

Les particules à analyser sont disposées séparément sur la fiche quadrillée, puis photographiées avec la tablette connectée à l’ordinateur pour les enregistrer dans la base de données.

La tablette doit être parfaitement positionnée avant de lancer la procédure d’analyse.

Point de grille de loto, point de quine, et un carton plein est de mauvais augure plutôt qu’un lot attractif…

Ensuite, on dépose une particule sur la surface du spectromètre, préalablement nettoyée avec une solution alcoolique pour éviter toute contamination avec l’échantillon précédent, puis on la coince sous le capteur jusqu’à entendre un déclic, signifiant que la particule est bien en place. Plus la surface de contact entre le capteur et l’échantillon est plate et lisse, meilleure sera l’analyse. En effet, le capteur envoie un spectre à infrarouges et lit la « réponse » envoyée par le polymère ; chaque polymère de plastique ayant un spectre bien spécifique – à la manière d’un ADN ou d’une empreinte digitale – permet son identification. Certains échantillons, du fait de leur ancienneté, de leur séjour prolongé dans l’eau de mer ou leur exposition au soleil au moment de leur prélèvement, peuvent être très friables et se désintégrer sous la pression du capteur, mais ils demeurent exploitables dans une majorité des cas.

Avant…

Après presse : avec le « clic », le « scrouitch ». Cet échantillon était particulièrement fragile.

On lance le logiciel Agilent MicroLab, qui va d’abord vérifier que l’alignement de l’échantillon est bon vis-à-vis du capteur. Si la barre bleue du test se trouve dans la zone verte, la particule est prête pour l’analyse.

C’est vert : étape suivante.

Puis, le logiciel va analyser la particule et la comparer à plus d’un millier de références – appelées signatures – réparties dans ses trois bases de données, afin de trouver une correspondance. Après quelques secondes, une liste de correspondances par ordre de probabilité apparaît. Dans l’exemple ci-dessous, la correspondance est quasi parfaite : il y a donc 82% de chances pour que la particule soit du polyéthylène. Lors des analyses, ne sont considérés comme fiables que les résultats de polymères vérifiés avec un taux supérieur à 72%.

En bleu, la courbe de référence de l’échantillon déjà existant dans la base de données, à laquelle est comparée celle de la particule analysée, en rouge.

Mais il arrive que certaines particules nous laissent perplexes car les courbes ne correspondent pas, partiellement ou pas du tout, à la base de données. Dans l’exemple suivant, 74% de probabilité pour que ce soit du latex d’élastomère-caoutchouc contre 72% pour du polyéthylène, voilà qui ne nous facilite pas la tâche. Ce serait trop facile. Plusieurs explications sont possibles.

Un petit défi pour les neurones et les capacités d’analyse de nos laborantins.

Une première piste serait que la surface de contact entre le capteur et la particule ne soit pas assez lisse ni assez large, perturbant le spectromètre dans son champ de lecture de fait réduit. Il faut donc recommencer l’analyse depuis le début.

On peut aussi se pencher sur les propriétés élastiques de l’échantillon : est-il souple comme du caoutchouc, ou plutôt rigide comme du polyéthylène ? Cette approche est toutefois difficilement applicable sur un échantillon de quelques millimètres – et au risque de l’endommager.

Une autre possibilité réside dans la composition même de l’échantillon : il peut s’agir d’un agrégat dès le stade de la fabrication – de nombreux objets sont composés de plusieurs types de matériaux – ou de fusion – c’est-à-dire lorsque plusieurs particules (de plastique ou autre) se sont agrégées dans un environnement dans lequel elles se sont retrouvées. Les signatures seront logiquement multiples.

Dans le cas d’une correspondance à seulement 50% ou 60%, il faut pousser les analyses à l’aide d’un équipement plus puissant qu’un ATR FTIR, que le Chimiscope ne possède hélas pas.

Au final, on procède ainsi par élimination et évaluation des probabilités. Cependant, si un doute sérieux subsiste, l’échantillon est étiqueté « non identifié » et mis de côté un certain temps, puis ré-analysé lorsque la base de données du logiciel est plus fournie. Pour cela, il doit toutefois être dans un état exploitable.


Certes… Et alors ?

En quoi est-ce important, puisqu’il s’agit de plastique de toute façon ? Oceaneye fournit ses données à des organismes internationaux de grande envergure qui prennent des décisions politiques et/ou économiques sur la base de celles-ci, à l’exemple de la Commission Européenne qui a interdit certains types de plastiques à usage unique sur la base de ces données. Aussi devons-nous nous assurer de leur parfaite qualité et fiabilité, car c’est ce qui a fait, et fait toujours, notre réputation auprès de ces institutions. A ce jour, notre taux de résultat d’identification des polymères est de 89%, et nous ambitionnons de l’améliorer.

Un peu comme le médecin légiste qui a tout intérêt à ne pas se tromper en annonçant la cause d’un décès…