A la croisée de la Géochimie, de l’Exposition et de la sanTé : une première STANDardisation du Potentiel Oxydant des PM avant l'OPérationnalité. – GET_OP_STAND_OP

WP1 : Contribution des sources au potentiel oxydant des aérosols :
La contribution des différentes sources d’émissions de particules (qu’elles soient naturelles ou anthropiques) est estimée à partir de prélèvement de terrain permettant une analyse poussée de leur composition. Un modèle inverse, (e.g PMF), permet alors de retrouver quelles sources ont contribuées et à hauteur de combien de µg/m³ par jour à la concentration massique des PM. Un second modèle inverse permet l’attribution d’un PO intrinsèque à chacune de ces sources par régression linéaire multivariée. La contribution de chacune des sources au PO des PM est ainsi estimée pour un ensemble de 15 sites urbains Français.
Parallèlement, un modèle de prévision déterministe de la qualité de l’air (similaire à un modèle météorologique) est confronté aux mesures de terrain, et la prédiction spatiale et temporelle du PO grâce à ce modèle est envisagé.

WP2 : Exposition/santé
Ce volet s’appuie sur la cohorte SEPAGES qui suit plus de 450 familles grenobloises pour étudier les impacts sanitaires liés à la pollution atmosphérique.
L’exposition personnelle est mesurée grâce à des préleveurs de particules miniatures portés pendant la grossesse et la petite enfance. Ces prélèvements permettent une mesure de l’exposition (concentration massique et PO personnel) au plus proche des conditions réelles, et sont ensuite mis en regard des observations de santé du développement de l’enfant.
En complément, des mesures ont été effectuées chez 40 participantes volontaires en air intérieur et extérieur, qui permettront également l’estimation des sources de PO en air intérieur et une première cartographie très locale du PO.

La stabilité à large échelle spatiale du PO intrinsèque des sources de PM permet d’estimer de manière robuste la contribution des différentes sources de PM au PO. Ce faisant, une redistribution importante de la contribution des sources est observée selon la métrique d’observation (masse ou PO). Notamment, le trafic routier est la première source contribuant au PO, loin devant les autres sources, ce qui n’était pas le cas pour la contribution à la masse des particules. La différence entre les différents tests de PO souligne l’importance des études épidémiologiques afin de déterminer laquelle de ces mesures de PO est la plus pertinente.

La documentation large et fine échelle du PO d’une telle ampleur constitue une première scientifique et permettra l’investigation de la relation entre PO et santé au sein de cette ANR (cohorte SEPAGES), mais également par la réutilisation d’autres cohortes européenne grâce à la prévision spatialisée du PO par modélisation déterministe.

Au final, la démonstration du caractère plus prédictif du PO par rapport à la masse pour les affections sanitaires, en lien avec les politiques publiques, permettra une prévention plus efficace de la qualité de l’air et la mise en place de régulation des émissions d’autant plus pertinentes.

Plusieurs articles concernant la contribution des sources de PM au PO ont d’ors et déjà été publiés, à propos de la variabilité fine échelle du PO au sein d’un bassin métropolitain, mais également sur les généralités observables à l’échelle de la France et de l’Europe.
1. “Source apportionment of atmospheric PM10 Oxidative Potential: synthesis of 15 year-round urban datasets in France”. Atmospheric Chemistry and Physics. 2021. doi.org/10.5194/acp-2021-77
2. “Disparities in particulate matter (PM10) origins and oxidative potential at a city-scale (Grenoble, France) – Part II: Sources of PM10 oxidative potential using multiple linear regression analysis and the predictive applicability of multilayer perceptron neural network analysis”. Atmospheric Chemistry and Physics. 2021. doi.org/10.5194/acp-21-5415-2021
3. “Disparities in particulate matter (PM10) origins and oxidative potential at a city-scale (Grenoble, France) – Part I: Source apportionment at three neighbouring sites”. Atmospheric Chemistry and Physics. 2020. doi.org/10.5194/acp-2021-57
4. “Sources of particulate-matter air pollution and its oxidative potential in Europe”. KR Daellenbach, G Uzu, J Jiang, LE Cassagnes… - Nature, 2020 doi.org/10.1038/s41586-020-2902-8

La qualité de l'air est un enjeu de santé publique, tant dans les pays en développement que dans les sociétés industrielles. Les études épidémiologiques attribuent principalement les effets chroniques de la pollution de l’air aux particules atmosphériques (PM). Ces études et les normes actuelles utilisent la concentration massique en PM comme mesure d'exposition et de réglementation. Cependant, les composés majoritaires en masse dans les PM ont une faible toxicité, alors que certaines espèces traces réactives y contribuent de façon importante. Ainsi, la masse n’est sans doute pas le meilleur marqueur de l'impact sanitaire des PM. Cependant, il n'existe aucun consensus sur une mesure complémentaire qui fournirait des informations pertinentes pour la santé, en vue d’être normalisée.
Un paramètre clé qui détermine la toxicité des PM est le transport ou l’induction d'espèces réactives de l'oxygène dans le poumon, à l'origine des effets biologiques en perturbant son équilibre redox naturel. Cette métrique est définie comme le potentiel oxydant (PO) des PM. Le PO intègre des processus liés à la taille, la surface et la composition des particules. C’est une métrique intégrative «simple» plus représentative des interactions potentielles des PM avec des cibles spécifiques dans le corps humain.
GET OP STAND OP a pour objectif de faire des progrès significatifs pour (in)valider le potentiel oxydant des PM comme un indicateur pertinent l'exposition aux particules, dans une étape préliminaire à sa proposition comme mesure normalisée pour la qualité de l'air. Il en découle le programme suivant :
WP1: Déconvolution et modélisation du PO. La méthodologie du WP1 repose sur l’application de trois tests de PO complémentaires à des séries temporelles étendues de prélèvements de PM issues de différents programmes, qui comprennent déjà une caractérisation chimique poussée (~4 500 échantillons). Nous appliquerons à toutes ces séries une méthode innovante de quantification de l’apport des différentes sources de PM au PO des échantillons. Ensuite, nous réalisons la mise en œuvre du PO en tant que variable prédictive dans le modèle de chimie transport (CTM) LOTOS-EUROS afin d’obtenir des cartes journalières du PO sur l’Europe. Le WP1 conduira à une «climatologie» du PO pour divers environnements, en évaluant les liens quantitatifs avec la chimie et les sources d’émissions des PM, et conduira à une démonstration de la capacité d'un CTM à le prédire.
WP2: Le PO comme métrique d’exposition dans une ville de taille moyenne. Le WP2 s'appuiera sur une campagne d’échantillonnage en air intérieur et extérieur sur 40 sites dans la région de Grenoble, en été et hiver. Nous calculerons une exposition moyenne au PO pour l'ensemble de la population, dérivée du PO personnel/extérieur/intérieur et réaliserons l’évaluation des variations spatiales et temporelles du PO à Grenoble. Cette évaluation est basée sur l'interprétation d’un modèle LUR (régressions spatiales basées sur des caractéristiques et des activités géolocalisées) des mesures de PO. Ce WP permettra également de caractériser le lien entre les mesures de PO en air intérieur et à l'extérieur pour calculer des possibles facteurs d’ajustements d’exposition.
WP3: Pertinence du PO pour la prédiction de la santé d’une cohorte. Dans les rares études épidémiologiques l’utilisant, le PO est habituellement évalué sur des filtres provenant d'échantillons ambiants moyens, peu représentatifs de l'exposition personnelle. Dans le cadre de la cohorte SEPAGES à Grenoble, des femmes et leurs nouveau-nés ont porté (3*8 jours) un échantillonneur de PM pour surveiller leur exposition. Nous caractériserons ainsi l'association entre le PO personnel et la santé de la cohorte en ajustant les observations sanitaires avec des modèles de régression. Le WP3 évaluera l'hypothèse selon laquelle le PO pourrait être un meilleur prédicteur que la masse pour ces différents paramètres de santé.