DS0601 - Systèmes urbains durables

Observatoire participatif pour la surveillance de l’exposition individuelle à la pollution de l’air en lien avec la santé – POLLUSCOPE

POLLUSCOPE : Observatoire participatif pour la surveillance de l’exposition individuelle à la pollution de l’air en lien avec la santé

La qualité de l’air que nous respirons est une préoccupation centrale de la population, surtout en zones urbaines et périurbaines où les risques sanitaires de la pollution atmosphériques sont extrêmement alarmants. Néanmoins, l’exposition individuelle réelle à cette pollution est encore mal connue. L'idée est d'exploiter les capteurs émergents afin d'observer l'exposition individuelle, en mettant en place une infrastructure de collecte et d'analyse permettant d'évaluer ses risques.

Système de crowdsensing mobile dédié à l'exposition à la pollution de l'air permettant une évaluation fine des risques sanitaires induits au niveau individuel.

Système de crowdsensing mobile dédié à l'exposition à la pollution de l'air permettant une évaluation fine des risques sanitaires induits au niveau individuel. La connaissance de l'exposition individuelle est un élément essentiel pour comprendre les impacts de la pollution atmosphérique sur la santé, dont les pathologies cardiorespiratoires qui sont excessivement fréquentes et graves. Cependant, il existe peu de données de ce type. Aujourd’hui, l'observation de la qualité de l'air, via des stations fixes, fournit des mesures moyennes par zone. Ceci ne suffit pas pour quantifier l’exposition qui change selon les activités propres à chacun, le moment et le lieu, à l’extérieur comme à l’intérieur. Depuis peu, l’émergence de micro-capteurs environnementaux portables et connectés rend envisageable la mesure de l’exposition individuelle en continu en tout lieu, à tout moment. Cette technologie suscite un intérêt croissant de la communauté et de nombreux projets ont vu le jour. Par ailleurs, le principe d'informations communautaires ou participatives devient populaire dans de nombreux domaines. En s'appuyant sur ces avancées, Polluscope vise à concevoir, développer et tester une plateforme de collecte, de gestion et d’analyse de données issues de capteurs environnementaux individuels et mobiles. Cette plateforme servira à améliorer la compréhension des effets sanitaires de la pollution atmosphérique. Pour fournir une vue représentative, les mesures couvriront diverses pollutions de l'air : oxydes d’azote, ozone, carbone suie, composés organiques volatils, etc. Ces connaissances nouvelles sur l’exposition individuelle devraient contribuer à réduire les risques de certaines maladies et à conduire les personnes concernées à changer leurs comportements. L’impact sociétal de de la plateforme proposée est inestimable au vu de la potentialité de sauver des vies et d’améliorer le bien-être.

La mise en place du système de crowdsensing mobile vise à lever des verrous en termes de métrologie, de protocole de collecte, de santé environnementale, de gestion et d’analyse des données. Polluscope réunit des spécialistes en sciences environnementales, en santé, en géosciences et en informatique, ce qui couvre les différents aspects de ce projet pluridisciplinaire. Le systèmes sera déployé et testé sur le terrain. La campagne de mesure consiste à équiper des volontaires (à la fois des sujets malades -asthmatiques ou BPCO- et en bonne santé) avec des capteurs légers : un GPS, un accéléromètre et des capteurs de divers polluants, de température et d’humidité. Les données collectées seront exploitées à des fins de validation de deux scénarios : l’un est une étude épidémiologique, tandis que le second correspond à un usage de type sciences citoyennes. Un serveur distant offrira des capacités avancées d’analyse de ces données. Le principal challenge de ce serveur est de traiter et d’analyser efficacement des flots de données de capteurs. Pour cela, les techniques avancées de sciences de données sont incontournables, à savoir les méthodes de filtrage, de contextualisation géographique, d’analyse statistique et de fouille de données. Elles permettent de lier l’exposition au microenvironnement, à chaque activité de l’individu, de découvrir des profils d’exposition et de les comparer, etc.

Le projet Polluscope devrait aboutir à une contribution significative de l’état de l’art avec un impact social très marqué, grâce à l’expertise multidisciplinaire de ses membres. Plus précisément les résultats attendus de cette recherche sont : 1. De proposer et développer un système communautaire novateur spécialement conçu pour l'observation de l'exposition individuelle aux risques environnementaux. 2. De fournir des techniques efficaces d’intégration, de croisement et d’enrichissement des données d’exposition individuelle. 3. De couvrir la pollution de l’air à la fois en intérieur et en extérieur (domicile, travail, transport, etc.) tout en automatisant la détection de contexte. 4. D'appliquer des méthodes de fouille de données et de reconnaissance de motifs pour extraire des connaissances riches et utiles. 5. D’offrir les techniques et outils permettant l’identification de l’effet de la pollution sur la santé individuelle et en particulier sur les fonctions respiratoires et cardiaques. 6. De permettre un accès en ligne au système d’information afin que le public puisse obtenir de l’information à jour sur la pollution ou publier ses propres mesures.

Le bénéfice de Polluscope devrait dépasser la période du projet, pour aboutir à un fonctionnement durable du système dans un cadre évolutif, donnant naissance à un concept nouveau, à savoir un observatoire participatif et communautaire pour l’exposition à la pollution. Polluscope devrait combler l’écart entre la technologie émergente de capteurs et l’aide à la décision à destination des organisations concernées et des participants eux-mêmes. Cette perspective amènera à un changement radical de la façon dont l'exposition individuelle à la pollution atmosphérique et sa variabilité seront mesurées, perçues et évaluées. Il s’agit ici d’une preuve de concept. Cependant, un déploiement à large échelle de cette solution devrait susciter d'autres travaux de recherche.

B. Languille, V. Gros, N. Bonnaire, C. Honoré, C. Debert, L. Gauvin, S. Srairi, A. Gorin, B. Chaix, I. Annesi-Maesano, M. Chachoua, C. Ray, K. Zeitouni. Observatoire participatif de l’exposition individuelle à la pollution de l’air : première phase de tests et sélection des capteurs, communication orale, Journée scientifique du SIRTA, juin 2017.
B. Languille, V. Gros, N. Bonnaire, C. Honoré, C. Debert, L. Gauvin, S. Srairi, A. Gorin, K. Zeitouni, 2018, « First stage of the Polluscope project: selection and assessment of portable air quality sensors », Oral presentation, Air Quality Conference, Barcelone, March 2018.
R. Haque, Y. Taher, and K. Zeitouni. Towards AirCare: A Highly Scalable Data Management System for Mobile Sensor Driven Exposure Analysis to Air Pollution. IEEE ComSoc Newsletter. 2017.
A. Mustapha, Y. Taher, and K. Zeitouni. Towards Rich Sensor Data Representation: Functional Data Analysis Framework for Opportunistic Mobile Monitoring. 4th International Conference on Geographical Information Systems Theory, Applications and Management, GISTAM 2017.

La qualité de l’air que nous respirons est une préoccupation majeure des populations des zones urbaines et suburbaines. En effet, des millions de personnes sont exposées quotidiennement à des niveaux élevés de pollution de l’air. Les dommages sanitaires d’une telle pollution sont extrêmement alarmants. L’OMS a répertorié la pollution de l’air, dont celle aux particules fines, « cancérogène certain ». La compréhension fine de notre exposition quotidienne aux polluants de l’air est primordiale pour réduire le risque de certaines maladies graves. Cependant, cela requiert des données précises sur l’exposition individuelle. Actuellement, les mesures fournies par les stations fixes reflètent uniquement la pollution de fond et à proximité de certaines sources de trafic. Par conséquent, les mesures issues de ce type de réseau ne donnent accès qu’à des valeurs moyennes et dans des zones géographiques spécifiques. Elles ne parviennent pas à quantifier avec précision l’exposition réelle des individus en tenant compte de leurs activités journalières, qu’elles soient intérieures ou extérieures, dans différents contextes tels que les transports, le bureau ou le domicile.
Depuis peu, des capteurs environnementaux portables et légers ont émergé, et permettent une mesure en continu de l'exposition réelle partout et à tout moment. Une telle évolution a été le principal catalyseur dans l’émergence de nouvelles solutions d'acquisition de données environnementales, à savoir les observatoires participatifs où des citoyens collectent et partagent des données au sein d’une communauté. Cette technologie a suscitée récemment un grand intérêt parmi les acteurs des sciences de l'environnement dans les secteurs public, associatif et privé, ce qui s’est traduit par de multiples projets de recherche à travers le monde.
Partant de cette évolution technologique, le projet interdisciplinaire Polluscope vise à réunir des experts de l'environnement, de la métrologie, de l’épidémiologie et des sciences de données dans le but de proposer de nouvelles méthodologies, des techniques et des outils qui devraient changer radicalement la manière de mesurer et l’appréhender l’exposition individuelle et sa variabilité. Ces mesures prendront en compte non seulement des polluants gazeux (ozone, NO2), mais aussi les particules (dont les particules fines et le carbone suie) et les COV, caractéristiques des environnements fermés. Une meilleure connaissance de l’exposition individuelle contribuera à réduire les risques de certaines maladies en amenant les individus concernés à changer leur comportement. Ceci aura un impact sociétal important, en sauvant des vies et en améliorant le bien-être.
Pour atteindre les objectifs précités, une nouvelle infrastructure d'acquisition de données d'exposition individuelle réelle, de traitement et d'analyse sera proposée et mise en œuvre dans Polluscope. Pour ce faire, plusieurs défis scientifiques et techniques devront être relevés. Les capteurs produisent des flux de données à une fréquence élevée, et celles-ci peuvent être bruitées et massives. Par conséquent, le système doit être capable de les traiter efficacement, tout en tenant compte à la fois de leur vélocité et de leurs imperfections. Il doit surtout permettre l’enrichissement sémantique des données, notamment en les reliant au contexte géographique et à des connaissances externes. Par exemple, en associant l'exposition aux microenvironnements et aux activités de l’individu, il devient possible d’extraire des profils d’exposition et de les comparer. Pour cela, les techniques avancées de sciences de données sont cruciales dans un tel système.
Enfin, Polluscope sera déployé et testé sur le terrain. En particulier, la campagne d'acquisition de données ciblera plusieurs types de population : des sujets malades ainsi que des sujets en bonne santé pour mener une étude épidémiologique ; puis des participants volontaires dans le contexte de collecte participative.

Coordinateur du projet

Madame Karine Zeitouni (Données et Algorithmes pour une Ville Intelligente et Durable)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Ecole Navale EPSCP Ecole Navale
CEREMA/DTerIDF/DM Centre d'études et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement
ERES, IPLESP Équipe de recherche en épidémiologie sociale, Institut Pierre Louis d’Epidémiologie et de Santé Publique
AIRPARIF
EIVP Ecole d'Ingénieurs de la Ville de Paris
LSCE Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement
EPAR, IPLESP Équipe Epidémiologie des maladies allergiques et respiratoires, Institut Pierre Louis d’Epidémiologie et de Santé Publique
GIP ÉCOLE NAVALE / IRENAV GIP ECOLE NAVALE / Institut de recherche de l'Ecole navale
DAVID Données et Algorithmes pour une Ville Intelligente et Durable

Aide de l'ANR 694 988 euros
Début et durée du projet scientifique : août 2016 - 48 Mois

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