PLAstic Transport due to waves and currents ON Emerged and submerged beaches (PLATONE)
La drammatica e crescente diffusione di plastiche nell’ambiente marino rappresenta una grande preoccupazione a causa della loro persistenza in mare e delle conseguenze negative per la vita marina e la salute umana. Le strategie di mitigazione richiedono la comprensione e la quantificazione delle fonti, dei percorsi e del destino delle plastiche marine.
Sebbene la diffusione delle plastiche in alto mare sia stata ampiamente analizzata, le dinamiche nella surf e nella swash zone sono ancora in una fase iniziale e si sa poco su come le particelle di plastica vengano trasportate dalle onde verso la riva e su come si distribuiscano sulle spiagge emerse e sommerse. Sono necessari ulteriori studi per migliorare le conoscenze sulla distribuzione delle plastiche lungo la colonna d’acqua, sui fenomeni di degradazione e sui processi di beaching e washing off sotto l’azione di onde regolari e irregolari combinate con le correnti.
Nell’ambito del progetto PLATONE sono stati indagati i processi fisici che portano i rifiuti antropici ad accumularsi sulla spiaggia emersa e a disperdersi su quella sommersa. La modellazione fisica e numerica, condotta sotto una varietà di condizioni di onde e correnti, è stata combinata e integrata per indagare i processi che possono determinare lo spiaggiamento e il recupero del materiale di scarto sulla spiaggia emersa. Contemporaneamente, la ricerca si è concentrata sul fondo marino, dove i processi di interazione tra campo di moto e misture di sabbia e plastica sono quasi sconosciuti.
Unità di Ricerca Coinvolte
Università degli Studi di Messina (UniME)
Carla FARACI (Principal Investigator)
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.
Claudio IUPPA
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.
GIULIA BONANNO
Giulia Bonanno è nata il 6 maggio 2000. Nel 2023 ha conseguito la laurea magistrale in Ingegneria Civile (LM-23) presso l’Università degli Studi di Messina, con votazione di 110/110 e lode. A partire da gennaio 2024 ha svolto un anno di attività di ricerca nell’ambito del progetto PLATONE, occupandosi principalmente delle attività sperimentali di laboratorio. Da dicembre 2024 è dottoranda in Ingegneria presso l’Università di Messina. La sua attività di ricerca è attualmente incentrata sulla predizione della diffusione di inquinanti mediante l’utilizzo delle reti neurali, con particolare riferimento alle Physics-Informed Neural Networks (PINNs), con l’obiettivo di integrare le competenze ingegneristiche acquisite con strumenti informatici avanzati.
IMEN CHEBBI
Imen Chebbi è laureata in Scienze e Tecnologie, con specializzazione in Dinamica degli Ecosistemi, conseguita presso l’Università di Sfax (Tunisia) nel periodo 2017–2019. Successivamente ha completato un Master di II livello della durata di un anno presso l’Università di Le Mans (Francia), focalizzato sull’elaborazione dei dati oceanografici e sull’analisi integrata degli ecosistemi costieri e della loro resilienza.
Durante il percorso formativo ha sviluppato competenze nel supporto alla progettazione e ha contribuito ad attività di capacity building volte a promuovere soluzioni basate sulle comunità per la resilienza ecologica e socio-economica a lungo termine. Dal 2025 svolge attività di Assegnista di Ricerca nell’ambito del progetto PLATONE, partecipando attivamente a esperimenti di laboratorio finalizzati allo studio del trasporto dei rifiuti plastici indotto dal moto ondoso. Parallelamente, è coinvolta nel progetto MAESTRI, contribuendo allo sviluppo di soluzioni basate sul telerilevamento per la mitigazione dell’impatto dell’inquinamento da plastica nelle zone costiere.
Università degli Studi di Catania (UniCT)
Enrico FOTI
Enrico Foti è attualmente Professore Ordinario nel settore scientifico CEAR-01/A – Idraulica presso l’Università degli Studi di Catania. È esperto di idrodinamica e morfodinamica degli ambienti costieri e fluviali e tra i numerosi temi specifici trattati vi sono l’analisi e la mitigazione del rischio idraulico in ambito sia marittimo che fluviale, la produzione di energia da moto ondoso e lo studio del trasporto indotto dell’interazione di onde e correnti mediante modellazione sia fisica che numerica. Ha una vasta esperienza nel coordinamento di progetti di ricerca internazionali e nazionali. Inoltre, svolge un’intensa attività professionale, prevalentemente per Istituzioni Pubbliche, con committenti sia nazionali che internazionali, e con focus su idraulica marittimo-costiera, ingegneria portuale, idraulica fluviale e mitigazione del rischio idraulico.
Rosaria Ester MUSUMECI
Rosaria Ester Musumeci è attualmente Professore Ordinario nel settore scientifico CEAR-01/A – Idraulica presso l’Università degli Studi di Catania. È esperta di idrodinamica e morfodinamica degli ambienti costieri e fluviali. Le sue attività di ricerca si sono concentrate principalmente sull’indagine sperimentale e numerica dell’interazione tra onde marine, correnti, fondali mobili e strutture costiere. Recentemente ha focalizzato la sua ricerca sulla valutazione della vulnerabilità di asset strategici (ad es. porti, sistemi arginali, patrimonio culturale, capitale naturale) agli eventi estremi indotti dalle condizioni meteorologiche. Le attività sopra menzionate sono state svolte nell’ambito di numerosi progetti di ricerca nazionali e internazionali, in alcuni dei quali è stata coinvolta come PI o coordinatrice locale.
Luca CAVALLARO
Luca Cavallaro è attualmente Professore Associato nel settore scientifico CEAR-01/A – Idraulica presso l’Università degli Studi di Catania. L’attività scientifica è volta allo studio di problemi connessi all’idraulica dei sistemi naturali, all’interazione tra corpi idrici e infrastrutture e allo sviluppo di sistemi di allertamento in ambito idraulico. È, o è stato, responsabile scientifico di progetti di ricerca relativi all’implementazione di sistemi di allertamento in ambito idraulico e costiero, basati sull’uso di reti neurali artificiali. Ha svolto attività consulenziale per primarie società di ingegneria e di costruzione in ambito nazionale.
Martina STAGNITTI
Martina Stagnitti è attualmente Ricercatrice a tempo determinato di tipo a nel settore scientifico CEAR-01/A – Idraulica presso l’Università degli Studi di Catania. L’attività scientifica, svolta nell’ambito di progetti di ricerca nazionali e internazionali e di accordi di collaborazione scientifica, riguarda: i) modellazione fisica e numerica dell’interazione tra onde e strutture costiere; ii) valutazione degli impatti dei cambiamenti climatici sui sistemi costieri; iii) studio numerico del trasporto solido indotto da correnti litoranee; iv) studio dei processi di propagazione delle piene fluviali ai fini dell’individuazione di soluzioni di mitigazione del rischio di alluvione.
Giovanni PASSALACQUA
Giovanni Passalacqua è laureato magistrale in Ingegneria Civile presso l’Università degli Studi di Messina. Dopo un periodo di attività professionale presso imprese e studi di progettazione, dal 2021 al 2024 ha svolto un dottorato di ricerca presso la stessa Università, conducendo una ricerca sperimentale sulla dinamica dei rifiuti plastici non galleggianti in ambiente costiero. Durante il dottorato ha trascorso un periodo di ricerca presso i laboratori della Technical University of Denmark (DTU). Dal 2024 è assegnista di ricerca presso l’Università degli Studi di Messina (progetto Minosse) e successivamente presso l’Università degli Studi di Catania (progetto Platone), dove conduce test e analisi sulla dinamica di particelle plastiche galleggianti, con particolare attenzione alla velocità di trasporto e ai meccanismi di spiaggiamento sul profilo di spiaggia.
Fabrizio NARZISI
Fabrizio Narzisi è attualmente un Dottorando del corso di “Dottorato di ricerca Nazionale in Difesa dai Rischi Naturali e Transizione Ecologica del Costruito – ciclo XL” presso l’Università degli Studi di Catania. Ha conseguito presso il medesimo ateneo la laurea magistrale in Ingegneria Civile delle Acque e dei Trasporti (Curriculum Acque) discutendo la tesi dal titolo “Impatto della variabilità delle forzanti del moto ondoso sul dimensionamento strutturale del muro paraonde: il caso della diga foranea del Porto di Catania”. La sua attività di ricerca è concentrata sull’indagine sperimentale delle condizioni di trasporto delle plastiche su fondali caratterizzati dalla presenza di ripples.
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV)
Giuseppe BILOTTA
Giuseppe Bilotta è laureato in matematica presso l’Università di
Catania. Dal 2008 collabora con l’Osservatorio Etneo, Sezione di
Catania dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, presso
cui è ricercatore dal 2017. Si occupa di modellazione di flussi
geofisici e di sviluppo di modelli numerici per la fluidodinamica
computazionale su piattaforme HPC. È docente a contratto del corso di
“Programmazione Parallela su Architetture GPU” per il CdS in
Informatica dell’Università di Catania.
Roberta CRISTOFARO
Roberta Cristofaro, laureata in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio presso l’Università di
Bologna. Dal 2021 lavora nell’ambito della ricerca, inizialmente presso ENEA, partecipando
a progetti su smart city, digitalizzazione dei servizi ed ecosostenibilità, con focus sull’analisi
dati. Dal 2024 svolge attività di ricerca presso l’INGV, nel progetto Platone, occupandosi
della validazione di un modello numerico per il trasporto di plastiche in ambiente costiero
basato sul metodo Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), implementato tramite
GPUSPH. Attualmente è dottoranda presso l’Università di Catania nel corso “Valutazione e
mitigazione dei rischi urbani e territoriali”
Obiettivi
Obiettivo principale del progetto è identificare i meccanismi di trasporto di plastiche galleggianti e non galleggianti in ambienti marino-costieri. In particolare:
O1) Classificare i materiali di rifiuto che possono trovarsi sulle spiagge emerse o sommerse sulla base dell’origine e delle proprietà fisiche e bio-chimiche, utilizzando sia dati esistenti sia nuovi dati acquisiti tramite indagini di campo strategiche (distinguendo tra galleggianti/non galleggianti; antropici/non antropici; biodegradabili/non biodegradabili).
O2) Modellare i processi che possono determinare la dispersione dei materiali di rifiuto sulla spiaggia emersa o lungo la spiaggia sommersa, con particolare attenzione ai fenomeni di spiaggiamento e di dilavamento verso il mare.
O3) Identificare i percorsi preferenziali sia sulla spiaggia emersa sia nell’area marina costiera (zona di battigia e zona di frangimento) dove i materiali di rifiuto tendono ad accumularsi.
O4) Proporre soluzioni e strategie di mitigazione per l’intrappolamento dei materiali di rifiuto.
O5) Diffondere i risultati del progetto per sensibilizzare l’opinione pubblica e creare una rete con altri progetti finanziati su temi correlati.
Ricerca condotta
L’attività è stata condotta sperimentalmente, all’interno di un canale ondogeno, investigando i processi fisici di innesco del movimento attraverso l’identificazione delle condizioni di moto incipiente, l’individuazione delle condizioni di trasporto su fondali con diversa scabrezza sia orizzontali che inclinati, la determinazione della velocità di sedimentazione o di risalita in presenza o assenza di onde. In parallelo, sono state condotte simulazioni numeriche mediante due diversi approcci, uno lagrangiano, rivolto all’identificazione degli hotspots delle plastiche all’interno di un dominio individuato come caso studio (la baia di Milazzo), l’altro mediante tecniche GPU-SPH, un software CFD open-source in grado di identificare particelle plastiche e modellare il loro trasporto in ambienti marino-costieri, mediante cui si è tentato di riprodurre i risultati sperimentali.
Risultati
I principali risultati ottenuti nell’ambito del progetto possono essere sintetizzati in:
R1) Database con i principali tipi di rifiuto individuati nel sito pilota di Milazzo;
R2) Risultati sperimentali (individuazione delle condizioni di moto incipiente; individuazione delle condizioni di trasporto; velocità di sedimentazione; velocità di risalita; velocità di spiaggiamento) e numerici (di larga scala, simulazioni euleriano-lagrangiane per la stima degli hotspot di plastica; e di piccola scala, GPUSPH, per la riproduzione di alcuni aspetti delle attività sperimentali);
R3) Mappe delle possibili zone di accumulo dei detriti nel sito pilota e in aree campione;
R4) Individuazione di casi di best practice;
R5) Coinvolgimento e sensibilizzazione della cittadinanza attiva.
Deliverables
D1.1: Progress report containing a review of the state of the art, the research gaps, and the open questions
D1.2: Debris database implemented on a GIS-based platform
D2.1: Progress report containing a database of the investigated experimental conditions, including beaching, washing off, sinking, resuspension
D2.2: Progress report containing a database of the investigated numerical conditions, for both wave-averaged and SPH models, including the full setup information and, where possible, test cases files for reproducibility of the results
D2.3: Journal and conference publications. At least two journal papers and four conference proceedings are expected to be published within 18 months after the closure of the project
D3.1: Report on the main current available mitigation solutions to be set in terms of beach and coastal sea cleaning procedures and possibility to be applied to the case study.
D3.2: Pathways implementation on the GIS-based platform (in connection with D1.2)
D4.1: Report of practices set up in different parts of the world, selection of the most appropriate for the selected case study
D4.2: project exhibition: photos & collected samples
D5.1: Project website, social media impact, mass media releases
D5.2: Final event
D5.3: technical reports, educational papers; scientific publications
D5.4: Dissemination kits of the project for adults and schools made with recycled plastic
Pubblicazioni
- Bonanno, G., Passalacqua, G., Iuppa, C., Fuhrman, D.R., Faraci, C., (2025) Wave-induced incipient motion of non-buoyant plastic particles: Laboratory experiments, Coastal Engineering, Volume 202,104848, https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2025.104848.
- Cristofaro R. , Cappello A., Ganci G. , Iuppa C. , Faraci C. , Bilotta G. (2025) Development and validation of an SPH model for simulating plastic transport in nearshore zone: A Laboratory – Scale Case Study – GNGTS2025
- Cristofaro R. , Cappello A., Ganci G. , Iuppa C. , Faraci C. , Bilotta G. (2025) Validation of an SPH model for plastic transport – ICNAAM 2025
- Cristofaro R. , Cappello A., Ganci G. , Bilotta G. Iuppa C. , Faraci C. (2025) SPH MODELING FOR PLASTIC TRANSPORT IN THE NEARSHORE ZONE: A LABORATORY-SCALE VALIDATION STUDY – SPHERIC 2025
- Passalacqua, G.,Chebbi I.,Iuppa, C., Narzisi, F., Cavallaro, L.,Musumeci, R.E., Foti, E., Faraci, F., (2025) Experimental Study on Nearshore Transport of Buoyant Plastic Particles Under Irregular Waves, IEEE International Workshop on Metrology for the Sea (METROSEA). pp. 538-543, doi: 10.1109/MetroSea66681.2025.11245684
- Iuppa, C., Passalacqua, G.,Chebbi I., C. Faraci, F., (2025). A numerical tool for buoyant plastic debris transport prediction in the nearshore zone,. IEEE International Workshop on Metrology for the Sea (METROSEA); pp. 312-316, doi: 10.1109/MetroSea66681.2025.11245755.
- Stagnitti M. , Musumeci R. (2024) Model-based estimation of seasonal transport of macro-plastics in a marine protected area. Mar. Pollut. Bull., 201, 116191
- Iuppa, C., Passalacqua, G., Faraci, F., (2024). An equilibrium criterion for plastic debris fate in wave-driven transport, Marine Pollution Bulletin, Volume 206, 116758, https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2024.116758.
- Passalacqua, G., Bonanno, G., Salmeri, F., Iuppa, C., Cucinotta, F., Faraci, C., (2024). Density effect in cubic microplastics on settling velocity and incipient motion due to oscillatory forcing. Euro-Mediterranean conference for environmental integration (EMCEI)
- Bonanno, G., Passalacqua, G., Iuppa, C., & Faraci, C. (2024). Detection of incipient motion for non-buoyant plastics under wave motion. 5th IAHR Young Professionals Congress
- Bonanno, G., Passalacqua, G., Iuppa, C., & Faraci, C. (2024). Moto incipiente di micro e macro plastiche sotto l’azione di onde di mare: risultati preliminari di una campagna sperimentale. Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA)
- Passalacqua, G., Tan,R.I.,Carstensen, S., Iuppa, C., Faraci, C.,Larsen, B.E., Kerpen, N.B., Schlurmann,T., Fuhrman, D.R. (2024), Experimental study of microplastic particle transport in the presence of gravel and marine vegetation under irregular wave and current conditions., Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA)
- Iuppa C., Passalacqua G., Faraci C., (2024) Indagine sperimentale del trasporto di plastiche non galleggianti in ambito costiero per effetto del moto ondoso. Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA)
Faraci C., Bonanno G., Passalacqua G., Cucinotta F., Iuppa C. (2024) The transport of plastics debris in coastal seas: results of physical modeling. Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA)
- Passalacqua, G., Iuppa, C., & Faraci, C. (2023). A Simplified Experimental Method to Estimate the Transport of Non-Buoyant Plastic Particles Due to Waves by 2D Image Processing. Journal of Marine Science and Engineering, 11(8), 1599. https://doi.org/10.3390/jmse11081599
- Iuppa, C., Passalacqua, G., Fuhrman, D. R., & Faraci, C. (2023). A non-invasive laboratory technique for wave-driven plastic debris motion detection. IEEE International Workshop on Metrology for the Sea (METROSEA), Vol. 245, pp. 410–414. https://doi.org/10.1109/metrosea58055.2023.10317313.