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Les plastiques sont utiles, bon marché et extrêmement populaires. Leur demande mondiale a quadruplé au cours des quarante dernières années et devrait continuer à augmenter, avec des conséquences négatives pour l'environnement et la santé humaine. Le public est conscient des dommages environnementaux causés par les plastiques, en particulier à la fin de leur cycle de vie, par exemple lorsqu'ils libèrent des gaz à effet de serre et des polluants atmosphériques lorsqu'ils sont brûlés, ou qu'ils polluent l'eau et le sol sous la forme de microplastiques.
La recherche sur l'impact environnemental global des plastiques s'est également concentrée principalement sur la phase d'élimination. Il existe peu d'études sur la production de plastiques, qui affecte également le climat et la qualité de l'air. Cependant, une telle analyse approfondie nécessite des informations détaillées sur les chaînes d'approvisionnement et les processus afin de retracer les flux de matières et d'énergie pertinents.
Évaluer l'empreinte mondiale des plastiques
«Jusqu'à présent, l'hypothèse simpliste était que la production de plastiques nécessite à peu près la même quantité de ressources fossiles que la quantité de matières premières contenues dans les plastiques, en particulier le pétrole», explique Livia Cabernard, doctorante à l'Institute of Science, Technology and Policy (ISTP) de l'ETH Zurich. Le problème est que l'importance relative de la production par rapport à l'élimination a été largement sous-estimée.
Livia Cabernard fait partie d'une équipe de recherche dirigée par Stephan Pfister, Senior Scientist à l'ISTP, et Stefanie Hellweg, professeure de conception de systèmes écologiques à l'Institut d'ingénierie environnementale de l'ETH Zurich. Grâce à un travail de détective minutieux, l'équipe a analysé l'impact sur le climat et la santé de la chaîne d'approvisionnement mondiale des matières plastiques sur une période de 20 ans.
Dans une étude récemment publiée dans Nature Sustainability, le groupe de recherche révèle que l'empreinte carbone mondiale des plastiques a doublé depuis 1995, pour atteindre 2 milliards de tonnes d'équivalent CO2 (CO2e) en 2015. Cela représente 4,5 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre, soit plus que ce que l'on pensait auparavant. Sur la même période, l'empreinte sanitaire mondiale des plastiques due à la pollution atmosphérique par les particules fines a augmenté de 70 %, causant environ 2,2 millions d'années de vie corrigées de l'incapacité (AVCI) en 2015.
Charbon pour la chaleur industrielle, l'électricité et comme matière première
Pour leur étude, l'équipe a déterminé les émissions de gaz à effet de serre générées tout au long du cycle de vie des plastiques, depuis l'extraction des ressources fossiles jusqu'à la fin de vie, en passant par la transformation en catégories de produits et leur utilisation, y compris le recyclage, l'incinération et la mise en décharge.
Selon le groupe de recherche, l'essor de la production de plastiques dans les pays nouvellement industrialisés qui utilisent du charbon, comme la Chine, l'Inde, l'Indonésie et l'Afrique du Sud, est la principale cause de l'augmentation de l'empreinte carbone des plastiques. L'énergie et la chaleur industrielle nécessaires à la production de plastiques dans ces pays proviennent principalement de la combustion du charbon. Une petite quantité de charbon est également utilisée comme matière première pour les plastiques.
«L'empreinte carbone liée aux plastiques du secteur des transports en Chine, de l'industrie électronique en Indonésie et du secteur de la construction en Inde a été multipliée par plus de 50 depuis 1995», explique Livia Cabernard. À l'échelle mondiale, les émissions liées au charbon dans la production de plastiques ont quadruplé depuis 1995 et représentent désormais près de la moitié de l'empreinte carbone mondiale des plastiques.
Lorsque le charbon est brûlé, il produit des particules extrêmement fines qui s'accumulent dans l'air. Ces particules sont très nocives pour la santé et peuvent provoquer de l'asthme, des bronchites et des maladies cardiovasculaires. Comme le charbon est de plus en plus utilisé pour la chaleur industrielle et l'électricité, et comme matière première dans la production de plastiques, les conséquences négatives pour la santé augmentent également.
Une production de plastique sous-estimée
Contrairement aux estimations précédentes, qui supposaient l'utilisation de quantités égales de carburant et de matières premières dans la production de plastiques, le groupe de recherche de l'ETH Zurich a maintenant prouvé que deux fois plus d'énergie fossile est brûlée pour la production de plastiques que celle contenue comme matière première dans les plastiques.
Cela a une incidence sur l'évaluation des conséquences environnementales. «Même dans le pire des cas, où tous les plastiques sont incinérés, leur production se taille la part du lion dans les émissions totales de gaz à effet de serre et de particules», explique Livia Cabernard. La phase de production globale des plastiques est responsable de la grande majorité (96 %) de l'empreinte carbone des plastiques.
Des idées grâce à une nouvelle méthodologie
Auparavant, une seule publication avait examiné l'empreinte carbone mondiale de la production de plastiques. «Cette étude sous-estimait toutefois les émissions de gaz à effet de serre, car elle ne tenait pas compte de la dépendance croissante à l'égard du charbon, due à l'externalisation des processus de production vers les pays producteurs de charbon», explique Livia Cabernard.
Pour leur étude, le groupe de recherche a utilisé une nouvelle méthode que Livia Cabernard avait déjà mise au point dans le cadre de sa thèse de doctorat sous la supervision du professeur Pfister et du professeure Hellweg. Cette méthode implique une analyse multirégionale des entrées-sorties qui cartographie avec précision les chaînes de valeur mondiales, de la production à la consommation, entre les industries, les pays et les régions.