Microplastics fingerprinting at the watershed scale: from sources to receivers

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Plastics pollution is a global and growing environmental hazard with potentially far-reaching consequences for food webs, biodiversity, ecosystem services and human well-being. Of particular concern are microplastics because their small sizes enhance their long-range transport, toxicity to biota, and capacity to sorb and leach contaminants, including organic pollutants and toxic metals. We propose to implement a holistic data acquisition and modeling strategy that will link the sources, transport, fate and exposure risks of microplastics at the scale of entire watersheds. In addition to established spectroscopic and imaging techniques, we will explore novel biosensors and microwave sensing for the rapid screening and typing of microplastics in environmental samples. We will improve the processing of large analytical datasets on microplastics assemblages and develop standardized workflows for the sampling, sample preparation, screening, analysis, data processing and data management of microplastics. These workflows will be applied to characterize the entry pathways to, and transport along, the river network, identify (bio)degradation proxies, quantify accumulation in reservoirs and on riverbanks, and estimate the export of microplastics to receiving lakes. Past microplastics pollution will be reconstructed from dated sediment cores while the analysis of microplastics loading and transport rates under variable hydrometeorological conditions will help forecast the impacts of more extreme precipitation events in the future. Our growing database will be integrated into a mass balance modeling platform that will enable extensive scenario testing, including the response of microplastics emissions and loadings to hypothetical source reduction measures. The scenario results, together with cost-benefit analyses and knowledge exchanges with stakeholders, will contribute to identifying policy instruments and governance approaches that can effectively protect freshwater ecosystems and drinking water sources from microplastics pollution.#(cr)#(lf)La pollution par les plastiques represente un danger environnemental mondial avec des conséquences pour les réseaux trophiques, la biodiversité, les services écosystémiques et le bien-être humain. Les microplastiques sont particulièrement préoccupants car leurs petites tailles facilitent leur transport à longue distance, et augmentent leur toxicité et capacité à absorber des contaminants. Nous proposons de mettre en oeuvre une stratégie globale d'acquisition de données et de modélisation qui reliera les sources, le transport, le devenir et les risques d'exposition des microplastiques à l'échelle de bassins versants entiers. En plus des techniques de spectroscopie et d'imagerie établies, nous explorerons de nouveaux biocapteurs et la détection micro-ondes pour le criblage rapide de microplastiques dans des échantillons environnementaux. Nous améliorerons le traitement de données analytiques sur les microplastiques et développerons des processus operatoirs pour l'échantillonnage, la préparation des échantillons, le dépistage, l'analyse, le traitement des données et la gestion des données des microplastiques. Nos approches seront appliqués pour caractériser les voies d'entrée et le transport le long du réseau fluvial, identifier les proxys de la (bio)dégradation, quantifier l'accumulation dans les réservoirs et sur les berges, et estimer l'exportation de microplastiques vers les lacs récepteurs. La pollution microplastique passée sera reconstruite à partir de carottes de sédiments datées, tandis que l'analyse des taux de chargement et de transport des microplastiques dans des conditions hydrométéorologiques variables aidera à prévoir les impacts de précipitations plus extrêmes à l'avenir. Notre base de données sera intégrée à une plate-forme de modélisation du bilan de masse qui permettra de tester de manière approfondie des scénarios, y compris la réponse des charges de microplastiques à des mesures