ManagIng plastic traNspOrt in riverS and coaStal arEas (MINOSSE)
Il trasporto e l’accumulo dei rifiuti plastici negli ambienti acquatici sono fenomeni complessi, determinati dall’interazione tra le proprietà fisiche dei materiali plastici e i processi idrodinamici e morfodinamici che caratterizzano fiumi e zone costiere. Nonostante il crescente interesse scientifico sull’argomento, la comprensione dei meccanismi che regolano la dinamica delle plastiche in questi contesti rimane ancora limitata. In particolare, i modelli numerici attualmente disponibili sono stati solo in pochi casi sistematicamente confrontati e validati mediante dati sperimentali o osservazioni di campo.
Il progetto MINOSSE ha come focus principale lo sviluppo di modelli numerici affidabili e predittivi per descrivere il trasporto e l’accumulo dei rifiuti plastici in ambiente fluviale e costiero. A supporto di questo obiettivo, il progetto integra in modo sinergico attività di modellazione numerica con campagne sperimentali di laboratorio, attività di monitoraggio in campo e iniziative di citizen science, concepite come strumenti complementari per la raccolta di dati utili alla calibrazione, validazione e verifica dei modelli.
Gli esperimenti di laboratorio sono stati progettati per riprodurre condizioni di flusso controllate e per isolare i principali meccanismi fisici che governano l’interazione tra oggetti plastici e flusso idrico. Parallelamente, le attività di campo hanno consentito di raccogliere dati in contesti reali, permettendo di valutare il comportamento delle plastiche in condizioni idrodinamiche e morfologiche complesse. Le iniziative di citizen science hanno inoltre ampliato la copertura spaziale e temporale delle osservazioni, contribuendo alla costruzione di dataset estesi e aggiornati sulla presenza, il trasporto e l’accumulo dei rifiuti plastici.
I risultati ottenuti da laboratorio, campo e citizen science sono stati utilizzati in modo integrato per migliorare la parametrizzazione dei modelli numerici e per valutarne le prestazioni in scenari reali. Questa integrazione ha permesso di aumentare l’accuratezza e la capacità predittiva degli strumenti di modellazione sviluppati nell’ambito del progetto.
L’approccio multidisciplinare adottato in MINOSSE, basato sull’integrazione tra modellazione numerica e osservazioni sperimentali e di campo, rappresenta un elemento chiave per lo sviluppo di strumenti quantitativi affidabili, in grado di supportare la previsione dei percorsi delle plastiche, l’individuazione delle aree di accumulo e la definizione di strategie efficaci di mitigazione e rimozione dell’inquinamento plastico negli ambienti acquatici.
Unità di Ricerca
Università degli Studi di Messina (UniME)
Claudio IUPPA (Principal Investigator)
Claudio Iuppa è nato a Enna il 7 agosto 1985. Il 19 luglio 2011 si è laureato in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio presso l’Università degli Studi di Catania con votazione di 110/110 e lode. Nel mese di gennaio 2016 ha conseguito il titolo di Dottore di Ricerca in Ingegneria delle Infrastrutture Idrauliche, Sanitarie-Ambientali e dei Trasporti (XXVIII Ciclo) presso l’Università degli Studi di Catania, discutendo la tesi “Ottimizzazione di dighe marittime a gettata per l’estrazione di energia dal moto ondoso”. Da marzo 2023 è Ricercatore a tempo determinato per il Settore Scientifico-Disciplinare ICAR/01 presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi di Messina. Svolge attività didattica in vari corsi ed è o è stato responsabile di progetti di ricerca e attività di consulenza.
L’attività di ricerca è principalmente rivolta allo studio dell’idrodinamica costiera, dei dispositivi per la produzione di energia dal moto ondoso, della previsione del moto ondoso e della dispersione in mare di inquinanti. Le attività di ricerca sono svolte attraverso indagini sperimentali in laboratorio, modellazione numerica e applicazione di reti neurali.
Carla FARACI
Carla Faraci è professore Ordinario presso l’Università di Messina. E’ responsabile scientifico del Laboratorio di Idraulica, di cui ha curato la progettazione e la realizzazione, Componente del Comitato Tecnico Scientifico dell’Autorità di Bacino del distretto idrografico della Sicilia – Presidenza della Regione Sicilia, del Collegio dei docenti del Dottorato in Ingegneria, e componente esperto esterno del Comitato Tecnico Amministrativo del Provveditorato Interregionale per le Opere Pubbliche Sicilia – Calabria. E’ o è stata coordinatore scientifico dei progetti europei EU TA HY+ WINGS (2018), INTERREG Italia- Malta 2020-27 MAESTRI, dei progetti nazionali PRIN2022 PLATONE (2024-2026), BAC RAISE Passport (2025), nonché di numerose convenzioni con enti pubblici e privati. Gli interessi scientifici, documentati da oltre 60 lavori censiti sulle principali banche dati, riguardano essenzialmente l’idraulica marittima e l’ingegneria costiera, l’interazione tra onde e correnti, gli effetti del moto ondoso su strutture costiere, la possibilità di estrazione di energia dalle onde, l’utilizzo di reti neurali per la previsione del moto ondoso, il trasporto di plastiche in ambienti costieri e la propagazione in mare di oil spill.
Università degli Studi di Firenze (UniFI)
Luca SOLARI
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Mirco MANCINI
Università degli Studi di Pavia (UniPV)
Andrea FENOCCHI
Andrea Fenocchi è Professore Associato di Idraulica presso l’Università di Pavia dal 2025. È nato nel 1987, si è laureato in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio nel 2011 e ha conseguito il Dottorato di Ricerca in Ingegneria Idraulica nel 2015. Dal 2015 al 2017 è stato assegnista di ricerca e dal 2017 al 2024 Ricercatore di Idraulica presso l’Università di Pavia. Dal 2015 collabora con il CNR-IRSA, di cui è stato Ricercatore Associato. Attualmente è Sostituto PI del progetto PRIN 2022 PNRR MINOSSE e responsabile per l’Università di Pavia del progetto INTERREG Italia-Svizzera WINCA4TI. È ed è stato responsabile per l’Università di Pavia di vari contratti di ricerca sui temi della gestione ambientale dei laghi e del rischio idraulico con enti pubblici come Regione Lombardia, Autorità di Bacino distrettuale del Fiume Po, ARPA Lombardia. I suoi interessi di ricerca riguardano l’idraulica ambientale, la limnologia e l’ecoidrologia, sia dal punto di vista della modellistica numerica che dello studio delle osservazioni sul campo.
Elisabetta PERSI
Francesco CONTO
Gabriella PETACCIA
Stefano SIBILLA
Istituto di Ricerca Sulle Acque (CNR-IRSA)
Rosa ZULLO
Rosa Zullo is a researcher at the National Research Council, Water Research Institute. She has a degree in chemical engineering and a PhD in materials engineering. Her research activity is in the field of biodegradable and sustainable polymers, focusing on the formulation, processing, and characterization of innovative polymers. She also deals with plastic pollution in the environment, in particular studying and monitoring micro and macro plastic pollution in the environment and in freshwater.
Silvia GALAFASSI
Silvia Galafassi è laureata in Biotecnologie Industriali e Ambientali e ha conseguito un dottorato in Biologia Molecolare e Cellulare. È ricercatrice presso l’Istituto di Ricerca sulle Acque del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IRSA). La sua attività di ricerca si concentra sul monitoraggio delle microplastiche negli ambienti acquatici, sullo sviluppo di strategie per il recupero e la valorizzazione di materiali plastici, e sulla valutazione degli effetti ecologici dei prodotti di degradazione delle plastiche, con particolare attenzione agli ecosistemi di acqua dolce.
Obiettivi
Gli obiettivi principali del progetto sono:
O1) sviluppare strumenti di modellazione numerica 1D e 2D per la simulazione del trasporto delle plastiche nei fiumi, tenendo conto delle principali proprietà fisiche dei detriti plastici (dimensioni, densità e forma) che influenzano i meccanismi di risospensione, trasporto e deposizione
O2) individuare e implementare modelli in grado di valutare gli effetti delle forzanti meteo-marine costiere sulla dinamica delle plastiche.
O3) comprendere e modellare i processi di trasporto degli inquinanti plastici, avvalendosi dei dati di laboratorio per una prima applicazione e verifica dei modelli numerici sviluppati;
O4) sviluppare un database per l’archiviazione sia dei dati esistenti sia di nuovi dati acquisiti in modo strategico relativi alle sorgenti, al trasporto, alla distribuzione e alla degradazione delle plastiche nei bacini fluvio-costieri, includendo dati derivanti da attività di citizen science e da campagne di monitoraggio in campo;
O5) validare i modelli numerici sviluppati mediante il confronto con dati di campo;
O6) diffondere i risultati del progetto attraverso attività di comunicazione e disseminazione scientifica e divulgativa.
Ricerca condotta
Il progetto MINOSSE si focalizzato nello studio dei meccanismi di trasporto, accumulo e destino delle plastiche (micro- e macroplastiche) nei sistemi fluviali e nelle aree costiere. La ricerca integra modellazione numerica avanzata, attività sperimentali di laboratorio, monitoraggi in campo e citizen science, con l’obiettivo di colmare le attuali lacune nella comprensione dei processi fisici che regolano la dinamica dei rifiuti plastici negli ambienti acquatici.
Modellazione numerica
La ricerca ha previsto lo sviluppo e l’applicazione di modelli numerici 1D, 2D e 3D in grado di simulare il trasporto delle plastiche nei fiumi e nella zona costiera.
Nei sistemi fluviali sono stati utilizzati:
- modelli 1D, adatti a descrivere il bilancio di massa delle plastiche lungo tratti estesi di fiume, includendo deposizione, risospensione e interazione con sedimenti e vegetazione ripariale;
- modelli 2D, capaci di rappresentare in dettaglio i processi locali, come l’accumulo in aree urbane, le interazioni con strutture idrauliche e la formazione di hotspot di concentrazione.
Nelle aree costiere e nearshore, la modellazione si basa sull’accoppiamento tra modelli idrodinamici e modelli Lagrangiani di tracciamento delle particelle, per simulare l’effetto combinato di onde, maree, correnti e vento, nonché processi specifici quali beaching, washing-off, biofouling, affondamento e deposizione.
Attività sperimentali di laboratorio
I modelli numerici sono stati supportati e calibrati mediante campagne sperimentali controllate svolte in canali fluviali e vasche ondose.
Le attività di laboratorio permettono di:
- analizzare l’interazione tra plastiche e vegetazione ripariale;
- misurare le forze idrodinamiche agenti sulle macroplastiche e i meccanismi di aggregazione;
- studiare il comportamento delle plastiche sotto azione del moto ondoso, in presenza o assenza di sedimenti.
I dati sperimentali costituiscono un riferimento fondamentale per garantire l’affidabilità fisica dei modelli sviluppati.
Monitoraggi in campo e citizen science
La ricerca include campagne di monitoraggio in fiumi e ambienti costieri italiani, con l’obiettivo di raccogliere dati reali sulla distribuzione, composizione e concentrazione delle plastiche.
Le attività comprendono:
- campionamenti di plastiche nei sedimenti e nella colonna d’acqua;
- analisi di laboratorio per l’identificazione e la classificazione dei materiali plastici;
- iniziative di citizen science, che coinvolgono studenti e volontari nel censimento delle macroplastiche lungo sponde fluviali, estuari e spiagge.
Queste attività consentono di integrare osservazioni scientifiche e partecipazione pubblica, aumentando la copertura spaziale e temporale dei dati raccolti.
Integrazione dei dati e applicazioni
Tutti i dati sperimentali, di campo e di citizen science sono stati organizzati in un database georeferenziato (GIS), che permette di analizzare la distribuzione spazio-temporale delle plastiche e di confrontare i risultati delle simulazioni numeriche con le osservazioni reali.
Risultati
Il progetto ha permesso di ottenere i seguenti risultati i quali derivano direttamente dalle attività sopra descritte:
- R1) sviluppo di uno strumento numerico 1D per la previsione del trasporto delle plastiche nei fiumi;
- R2) sviluppo di uno strumento numerico 2D per la previsione del trasporto delle plastiche nei fiumi;
- R3) sviluppo di un approccio numerico basato sull’accoppiamento di modelli per la previsione del trasporto delle plastiche nella zona costiera;
- R4) realizzazione di un database contenente i dati raccolti durante le campagne di monitoraggio in campo, le analisi sperimentali di laboratorio e le attività di citizen science relative all’inquinamento da rifiuti plastici, al loro accumulo e ai processi di trasporto.
Deliverables
- D1) relazione sullo strumento numerico 1D per la previsione del trasporto delle plastiche nei fiumi
- D2) relazione sullo strumento numerico 2D per la previsione del trasporto delle plastiche nei fiumi
- D3) relazione sugli strumenti numerici per la previsione del trasporto delle plastiche nella zona costiera
- D4) relazione sulle campagne sperimentali di laboratorio
- D5) relazione sulle attività di campionamento in campo, sulle analisi sperimentali e sulle attività di citizen science
- D6) relazione sull’implementazione della piattaforma GIS per la gestione dei dati relativi all’inquinamento da plastiche, al loro accumulo e ai processi di trasporto
- D7) relazione sulla validazione e sull’applicazione dei modelli numerici a esperimenti di laboratorio e a casi di studio reali.
Dataset
- Dataset realtivo all’attività sperimentale condotta da UNIFI
- Dataset realtivo all’attività sperimentale condotta da UNIPV
- Dataset realtivo all’attività sperimentale condotta da UNIME
Map of the field campaigns
This interactive map provides an overview of the field campaigns carried out during the MINOSSE project, including the related data on sampled plastics.
Pubblicazioni
- Persi E., Fenocchi A., Ravazzolo D., Petaccia G., Sibilla S. (2024). Misura dei coefficienti idrodinamici di bottiglie in plastica con orientamento variabile. Proceedings of the XXXIX National Conference on Hydraulics and Hydraulic Structures, Parma, September 15–18, 2024, https://zenodo.org/records/13584918.
- Martuscelli D., Innocenti, L., Francalanci, S., and Solari, L. Esperimenti di laboratorio sul trasporto delle particelle di plastica nelle aree ripariali. Proceedings of the XXXIX National Conference on Hydraulics and Hydraulic Structures, Parma, September 15–18, 2024, https://zenodo.org/records/13584918.
- Iuppa, C., Passalacqua, G., & Faraci, C. (2024). An equilibrium criterion for plastic debris fate in wave-driven transport. Marine Pollution Bulletin, 206, 116758. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2024.116758
- Iuppa, C., Passalacqua, G., & Faraci, C. Experimental investigation of non-floating plastic transport in coastal areas due to wave motion. Proceedings of the XXXIX National Conference on Hydraulics and Hydraulic Structures, Parma, September 15–18, 2024, https://zenodo.org/records/13584918.
- Iuppa, C., Passalacqua, G., Bonanno, G., & Faraci, C. Numerical simulation of the plastic debris transport in nearshore zone. 38th International Conference on Coastal Engineering, Roma, 8-14 September 2024. https://icce-ojs-tamu.tdl.org/icce/article/view/13997
- Iuppa, C., & Faraci, C. (2024, October). A Numerical Tool for Non-Buoyant Plastic Debris Short-Term Fate Prediction in the Nearshore Zone. In 2024 IEEE International Workshop on Metrology for the Sea; Learning to Measure Sea Health Parameters (MetroSea). IEEE. 10.1109/MetroSea62823.2024.10765753
- Mancini, M., Francalanci, S., Serra, T., Colomer, J., & Solari, L. (2025). Settling velocities of microplastics with different shapes in sediment-water mixtures. Environmental Pollution, 126071. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2025.126071
- Martuscelli, D., Francalanci, S., Innocenti, L., & Solari, L. (2025). Riparian vegetation as a natural barrier: experimental analysis of plastic particle retention in a vegetated reach. Environmental Advances, 100645. https://doi.org/10.1016/j.envadv.2025.100645
- C. Iuppa, G. Passalacqua, G. Bonnano, and C. Faraci, (2025). Numerical Modelling for Predicting the Transport of Buoyant Plastic Debris in Nearshore Zones, 7th Euro-Mediterranean Conference for Environmental Integration, 2025, 23-26 giugno, Reggio Calabria, Italia.
- Iuppa, C., Passalacqua, G., Chebbi, I., & Faraci, C. (2025). A numerical tool for buoyant plastic debris transport prediction in the nearshore zone. In 2025 IEEE International Workshop on Metrology for the Sea; Learning to Measure Sea Health Parameters (MetroSea) (pp. 312–316). IEEE. https://doi.org/10.1109/MetroSea66681.2025.11245755
- Zullo, R., Contò, F.P., Fenocchi, A., Ravazzolo, D., Persi, E., & Galafassi, S. Preliminary results on microplastic pollution in the Ticino River and its tributaries: insights from the MINOSSE project, International Conference on Microplastic Pollution in the Mediterranean Sea, October 19-22, 2025, Ischia (NA), Italy
- Contò, F.P., Persi, E., Ravazzolo, D., Petaccia, G., Sibilla, S., Galafassi, S., Zullo, R., Fenocchi, A. (2026, submitted) Macro- and microplastic transport and deposition dynamics in the Ticino River urban reach (Pavia, Italy): field observations and source assessment, Proceedings of the 13th International Conference on Fluvial Hydraulics – IAHR, June 30-July 4 2026, Thessaloniki, Greece
- Persi, E., Petaccia, G., Contò, F.P., Sibilla, S.,Innocenti, L., Mancini, M., Solari, L., Fenocchi, A. (2026, submitted) Two-dimensional simulation of the transport of plastic bottles in the Firenze urban reach of the Arno River (Italy), Proceedings of the 13th International Conference on Fluvial Hydraulics – IAHR, June 30-July 4 2026, Thessaloniki, Greece