Les nano- et microplastiques (N-MPs) constituent une pollution environnementale préoccupante en raison de leur omniprésence, de leur persistance et de leur capacité à transporter d’autres contaminants. Ce rapport vise à identifier les moyens de les analyser et de les caractériser, les solutions permettant de limiter leur présence dans les eaux usées et leur devenir dans les boues d’épuration.
Il présente d’abord les N-MPs, leurs origines, leurs impacts et un état des lieux des réglementations à l’échelle mondiale, européenne et française. Il examine ensuite les méthodes analytiques utilisées pour leur caractérisation et leur quantification dans les eaux et les matrices complexes, en soulignant les limites actuelles
Le rapport analyse ensuite les traitements appliqués ou en développement dans les stations d’épuration. Si les procédés conventionnels permettent d’éliminer une part importante des microplastiques, une fraction résiduelle demeure rejetée dans les milieux aquatiques. Par ailleurs, le transfert des particules vers les boues soulève des enjeux environnementaux, notamment lorsque celles-ci sont valorisées en agriculture.
Enfin, le rapport explore les solutions visant à éliminer les N-MPs des boues. Il met en évidence le manque de recherches consacrées à cette matrice complexe et souligne la nécessité de développer des méthodes de traitement adaptées pour limiter durablement la dispersion de cette pollution dans l’environnement.
De nombreux retours d’expériences agrémentent les différentes parties du rapport.
Date de publication : avril 2026
Réalisation : Treewater, INSA de Lyon
Référence : RECORD, Etat des procédés d’élimination des microplastiques dans les effluents liquides et les eaux domestiques, 2026, 272p, n°24-0338/1A
Rapport réservé aux adhérents
Avertissement : Le contenu de ces travaux reflète l'état des connaissances et le cadre réglementaire en vigueur à la date de l'édition des documents
Contexte de l’étude
Les plastiques sont omniprésents dans notre environnement dû à leur coût faible de production et leurs propriétés physiques leur permettant d’être utilisés dans de nombreuses applications. En 2023, 413.8 mégatonnes de plastiques ont été produites à l’échelle mondiale selon l’étude Plastic Europe menée en 2024 (Plastics Europe 2024), et cette production ne cesse d’augmenter. Les micro- et nanoplastiques issus pour la majorité de la dégradation de macroplastiques tendent à s’accumuler dans l’environnement, ce qui conduit à une pollution persistante et donc nuisible pour l’environnement et la santé. L’augmentation du nombre de publications scientifiques autour du sujet des nano et microplastiques reflète l’ampleur de cette pollution préoccupante.
Objectifs de l’étude
Cette étude vise à identifier les méthodes d’élimination des nano- et microplastiques présents dans les eaux usées. Afin de comprendre les différents aspects du sujet, une définition des termes nano- et microplastiques est proposée. Un focus est présenté sur les réglementations actuelles mondiales européenne et française. Cette étude s’intéresse aux techniques d’analyses pour la caractérisation et la quantification des N-MPs dans les eaux propres mais aussi pour des matrices plus complexes. Cette partie de l’étude révèle les verrous actuels des recherches sur la mise en place de traitement des nano et microplastiques. Enfin l’un des principaux objectifs de l’étude est de décrire les traitements mis en place actuellement ou en développement dans les stations d’épurations. Finalement le projet conclut sur les traitements visant à éliminer cette pollution dans les boues.
Définition des N-MPs
Les nanoplastiques (NPs) et microplastiques (MPs) sont des particules de plastiques de très petite taille. Ils peuvent être produits intentionnellement, et sont alors nommés primaires, Ils peuvent aussi être issus de l’usure d’un objet ou de la dégradation de macroplastiques sous l’effet de processus environnementaux, et sont alors appelés secondaires (définitions retenues dans le cadre de cette étude).
La taille des particules fait l’objet de discussion dans la sphère scientifique. Afin de faciliter la lecture de l’étude, il a été décidé que les NPs sont compris entre 1 nm et 1 000 nm et les MPs entre 1 µm et 5 mm. Les N-MPs peuvent avoir diverses formes, elles ont été rassemblées en cinq catégories différentes : fragment, fibre, bille, granule et mousse.
Les polymères plastiques sont distingués selon le monomère utilisé pour les synthétiser. Un plastique formé avec un même monomère peut avoir des caractéristiques différentes selon la taille du polymère, la méthode de formation du plastique et les additifs ajoutés. En 2023, les cinq plastiques les plus produits dans le monde sont le polyéthylène haute et basse densité (PEHD et PEBD, 26,2%), le polypropylène (PP, 19 %), le polyéthylène téréphtalate (PET, 6,2 %), le polyuréthane (PUR, 5,3 %) et le polystyrène (PS, 5,2 %) (Plastics Europe 2024).
La dégradation des plastiques est un processus long qui se produit sous l’effet de facteurs environnementaux abiotiques et biotiques. Plusieurs paramètres peuvent l’influencer, en plus de leur composition chimique. En effet, l’ajout d’additifs peut jouer un rôle important dans cette dégradation en modifiant leurs caractéristiques physico-chimique (anti-oxydants, colorants, surfactants…). Ces additifs, peuvent représenter plus de 50 % de la masse du matériau. Certains d’entre eux sont connus pour être dangereux et toxiques pour les organismes.
À l’inverse, les UV issus de la lumière solaire induisent la formation de groupements chimiques hydrophiles à la surface des N-MPs, accélérant ainsi leur détérioration.
Sept sources majeures de microplastiques ont été mises en évidence par l’Union Internationale de Conservation de la Nature (UICN) : les textiles synthétiques, les pneus de voiture, les poussières urbaines, les marquages au sol, les peintures marines, les produits de soin corporel et finalement les billes de plastiques. Ainsi 1,8 et 5 millions de tonnes de microplastiques seraient libérés dans l’environnement chaque année au niveau mondial en ne prenant en compte que ces 7 sources de N-MPs.
Globalement il y a un manque de données sur la pollution des N-MPs et certaines sources sont davantage mises en avant car elles sont plus faciles à quantifier ; c’est le cas du relargage des microfibres textiles lors du lavage du linge, de l’abrasion des pneumatiques et des granulés plastiques. De plus, les nanoplastiques ne sont pas pris en compte dans les études. En effet, leur quantification reste particulièrement difficile à ce jour.
Les N-MPs, issus de la dégradation ou de l’usage direct de produits variés (textiles, pneus, cosmétiques, peintures, etc.), peuvent emprunter de multiples voies de transfert avant d’atteindre les milieux naturels. Ces voies incluent les effluents d'eaux usées (urbains et industriels), les eaux de ruissellement, ainsi que les débordements d’égouts.
La toxicité des N-MPs dans l’environnement et sur la santé humaine dépend de nombreux facteurs, notamment leur taille, leur forme, leur charge de surface, leur composition chimique et la présence d’additifs, dont les effets dits cocktails sont encore insuffisamment étudiés.
Les données actuelles sont insuffisantes pour déterminer si l’exposition aux N-MPs est associée à des pathologies chroniques.
Des réglementations dans de nombreux pays sont mises en place depuis une dizaine d’années. Ces réglementations visent principalement la réduction des microplastiques primaires présents dans les produits personnels ainsi que les plastiques à usages uniques.
Caractérisation et quantifications des micro-nanoplastiques
La caractérisation et la quantification des micro- et nanoplastiques représente un véritable défi. La Figure 1 permet de comprendre les différents choix de préparation de l’échantillon.
Figure 1 : Schéma de synthèse des étapes préliminaires avant analyse (RECORD, 2025)
Il a été vu que plusieurs méthodes normalisées sont référencées, la Figure 2 permet d’avoir un aperçu de ces méthodes.
Figure 2: Techniques analytiques de caractérisation des N-MPs normalisées (RECORD,2025)
Plusieurs points ont été mis en évidence pour mieux comprendre les enjeux des analyses. La vigilance face aux contaminations croisées et le respect rigoureux des protocoles sont essentiels pour garantir la fiabilité des résultats. En effet, chaque étape, du prélèvement au traitement des échantillons, puis à la filtration et à l’analyse, peut influencer les données obtenues, même lorsque les méthodes sont normalisées. La comparaison entre laboratoires reste donc délicate. Enfin, les différentes techniques analytiques ne fournissant pas les mêmes informations, elles doivent être considérées comme complémentaires.
Par ailleurs, la récupération et l’identification des nanoparticules (NPs) restent un défi. Les recherches sont majoritairement menées sur des matrices propres et non sur des matrices complexes, ce qui limite la représentativité des résultats. De plus, les NPs récupérées ne représentent qu’une fraction des NPs initialement présents dans l’échantillon.
Enfin, le coût des analyses, compris à ce jour entre 500 et 3000 €, dépend du traitement appliqué, lui-même lié à la teneur en matière organique et inorganique des échantillons, ainsi que de la technique analytique employée, en fonction de l’information recherchée.
Elimination des N-MPs présents dans les eaux usées
Les stations d’épuration ne sont actuellement ni conçues ni dimensionnées pour traiter efficacement ce type de micropolluants. Plusieurs études ont donc été menées afin d’évaluer leurs performances. C’est notamment le cas de l’étude MEDIPLAST qui, à l’issue de l’évaluation de quatre stations d’épuration situées dans la région toulonnaise, a mis en évidence des abattements compris entre 90 % et 99 %.
De nombreuses difficultés ont été rencontrées lors de l’étude. En effet, plusieurs articles ne mentionnent pas la taille limite des microplastiques détectés, mais seulement la taille du filtre utilisé. Enfin, comme vu dans la partie précédente, l’analyse des microplastiques présente de nombreuses incertitudes, que ce soit au niveau du prélèvement, de la préparation de l’échantillon ou encore de la technique d’analyse utilisée. Ainsi, il est important de considérer les pourcentages d’abattement cités comme des ordres de grandeur.
Les stations d’épuration mettent en œuvre différents procédés, ayant chacun une fonction qui leur est propre. Chaque traitement est ainsi capable d’éliminer une partie des microplastiques présents dans les effluents.
Le tableau suivant (Tableau 1) met en comparaison les différents procédés des traitements primaires et préliminaires. Le traitement primaire est majoritairement un traitement physico-chimique, qui permet de traiter les suspensions colloïdales.
Tableau 1: Synthèse des traitements préliminaires et primaires, et leur efficacité d'élimination des MPs (compilation RECORD, 2025) (Asadi et al. 2025) (Mebarki et al. 2025; Peydayesh et al. 2021) (Shen et al. 2022) (Esfandiari & Mowla, 2021; Pramanik et al., 2021; Swart et al., 2022)
Le traitement secondaire quant à lui, est un traitement biologique à base de biomasse. Il vise à éliminer la matière organique (DCO et DBO), ainsi que l’azote et le phosphore. Le tableau suivant (Tableau 2) permet de comprendre les différences entre les technologies.
Tableau 2 : Synthèse des traitements secondaires et leur efficacité d'élimination des MPs (compilation RECORD, 2025) (Asadi et al. 2025; Shen et al. 2022) (Bayo et al., 2020) (F. Liu et al., 2020)
Finalement, le traitement tertiaire vise à affiner la qualité des eaux en éliminant les polluants résiduels. Le Tableau 3 permet ainsi de mieux comprendre les différentes catégories de procédés ainsi que leur efficacité vis-à-vis de l’élimination des microplastiques.
Tableau 3 : Synthèse des traitements tertiaires et leur efficacité d'élimination des MPs (compilation RECORD, 2025) (Bayo et al. 2023; Sembiring et al. 2021) (Simon et al. 2019) (Akarsu et al. 2021; Pizzichetti et al. 2021)( Enfrin et al. 2020; Luogo et al. 2022) (Kara et al. 2023; Lin et al. 2025; Sawma et al. 2024)( Cai et al. 2022) (Easton et al. 2023) (Topkaya et al. 2025) (Bitter et al. 2022)
Le tableau suivant (Tableau 4) présente différentes techniques de traitement des microplastiques, correspondant à des niveaux de maturité technologique compris entre TRL 4 et TRL 7. Ces méthodes, encore en développement, ont été décrites dans des revues scientifiques et testées à l’échelle du laboratoire. Toutefois, peu d’entre elles ont été évaluées sur des matrices complexes, et leur passage à l’échelle réelle constitue encore l’une de leurs principales limites.
Tableau 4 : Synthèse des technologies en développement visant à éliminer les MPs (compilation RECORD, 2025) (Thacharodi et al. 2024) (Tang et al. 2021) (Ahmad et al. 2023 ; Ganie et al. 2025) (Lee et al. 2020) (Zhao et al. 2022)
Ces tableaux permettent de comparer ces différents traitements, comme indiqué précédemment, le pourcentage d’abattement présenté dépend du seuil de coupure utilisé lors du prélèvement, de l’analyse elle-même, mais aussi du type d’effluent sur lequel les techniques sont appliquées. L’étude a mis en avant le fait que la combinaison de plusieurs procédés permet d’abattre plus efficacement les microplastiques dans les effluents les plus complexes.
Elimination des N-MPs présents dans les boues
Les techniques présentées précédemment permettent de séparer et/ou de dégrader les N-MPs présents dans une solution aqueuse. Cependant, lors des traitements préliminaires, primaires et secondaires, par exemple, les N-MPs sont transférés dans des boues. En effet, dans les stations d'épuration, plus de 80 % des microplastiques présents dans les eaux usées finissent dans les boues. En France, environ 60 % des boues issues des STEU sont valorisées en agriculture (20 à 25 % sont mises en décharge et 10 à 15 % sont incinérées). Il est donc nécessaire d'identifier un moyen d'éliminer ces N-MPs avant d'épandre les boues.
La déshydratation, la digestion anaérobie, le compostage aérobie et les traitements thermiques sont des procédés déjà appliqués aux boues de stations d’épuration. Ils permettent de réduire le volume des boues de 50 à 80 %, ce qui entraîne une diminution significative des coûts de transport et de gestion. Certains procédés, comme la digestion anaérobie, permettent également la production de biogaz, valorisable comme source d’énergie. Enfin, la stabilisation des boues contribue à limiter les risques sanitaires liés à la présence de pathogènes et à la libération de toxines (Hassan et al. 2023).
Bien que ces traitements ne visent pas à éliminer les N-MPs présents dans les boues, ils peuvent tout de même avoir un effet sur eux.
Les traitements thermiques permettent une destruction totale ou quasi totale des microplastiques. Leur principal inconvénient réside dans la consommation d’énergie nécessaire à leur mise en œuvre.
Le sujet des microplastiques dans les sols agricoles prend de plus en plus d’ampleur. C’est pourquoi certaines technologies se sont développées autour de cette problématique. C’est le cas de l’oxydation par voie humide, qui permet de traiter les boues en utilisant l’oxygène comme agent oxydant. L’une des limitations de ce procédé serait le coût de l’oxygène et de l’électricité nécessaires pour chauffer la boue. D’autres techniques étudiées dans ce projet ont déjà été décrites dans la partie précédente, comme la flottation ou la séparation magnétique à haut gradient.
Tout comme pour l’élimination des microplastiques dans des matrices liquides complexes, les études ont mis en évidence qu’une solution à privilégier serait la combinaison de plusieurs traitements, afin, d’une part, de minéraliser complètement les microplastiques grâce à des procédés permettant leur dégradation et, d’autre part, de limiter les coûts et les temps de traitement.
Plusieurs études montrent ainsi qu’un traitement de séparation, comme l’électrocoagulation, permettrait de concentrer les microplastiques dans un volume plus restreint afin de pouvoir ensuite les traiter plus efficacement, par exemple par un traitement biologique tel que la biodégradation.
Conclusion et discussion des résultats
Cette étude a permis d’obtenir une vision globale des procédés de traitement mis en place dans les stations d’épuration pour éliminer les microplastiques, ainsi que des technologies en cours de développement. Au regard de ces résultats, plusieurs interrogations ont été soulevées.
Abonnez-vous à notre newsletter et restez informés
de nos dernières actualités.