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

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.