Dissertations / Theses on the topic 'Pollution de l'air – effets indésirables'

Bien qu'une diminution conséquente de la pollution atmosphérique soit constatée depuis les années 1990, cette dernière demeure un problème de santé publique majeur, à l'origine de plus de 4,2 millions de décès prématurés par an dans le monde. À l'heure actuelle, l'attention des experts se concentre sur les particules ultrafines (PM0,1 ou PUF) en raison de leur capacité à transloquer dans la circulation systémique pour atteindre les organes périphériques où elles seront alors susceptibles d'avoir un impact néfaste. Néanmoins, les connaissances en termes de mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la toxicité de ces particules restent encore très parcellaires et demeurent, le plus souvent, centrées sur leur cible principale qu'est le poumon. Ainsi, ce projet de thèse avait pour objectifs principaux d'apporter des éléments novateurs sur la toxicocinétique (i.e., distribution/persistance) et la toxicodynamique (i.e., mécanismes physiopathologiques, voies de signalisation associées) de PUF prélevées en milieu urbain, d'une part, et les effets organo-spécifiques des PUF et l'utilisation des miARN circulants comme indicateurs d'exposition chronique et/ou cumulées aux PUF dans un modèle murin, d'autre part. Afin de répondre à ces interrogations, des souris Balb/cJRj ont été exposées durant 3 mois à différentes doses de PUF prélevées dans la zone urbaine de Lille, puis des analyses ont été réalisés au sein de différents organes-cibles richement vascularisés, et par conséquent directement exposés aux PUF lors de leur phase de translocation et de distribution systémique. Les résultats obtenus ont démontré que, dans l'ensemble des organes cibles, le potentiel oxydant intrinsèque des PUF induisait indéniablement la production d'espèces pro-oxydantes et l'activation de défenses antioxydantes en quantité suffisante pour rétablir un état d'homéostasie redox mais ne parvenant pas, cependant, à éviter l'apparition d'une réponse inflammatoire au niveau pulmonaire, cardiaque et cérébral. Des approches transcriptomiques réalisés au sein des poumons, organes cibles présentant les effets délétères les plus marqués, ont suggéré la dérégulation de nombreuses voies de signalisation en relation avec les réponses oxydante et inflammatoire, qui constituent les mécanismes centraux de toxicité des PUF mais aussi avec des mécanismes de toxicité plus originaux tels que la dysfonction mitochondriale, la transition épithélio-mésenchymateuse et le remodelage tissulaire, dont la modulation a également été validée d'un point de vue fonctionnel. Ces données prometteuses pourraient à terme contribuer à une meilleure prise de décision quant à la réduction des émissions des PUF de même qu'à la réactualisation des normes réglementaires actuellement en vigueur
Although there has been a significant reduction in air pollution since the 1990s, it remains a major public health problem, responsible for over 4.2 million premature deaths worldwide every year. At present, experts' attention is focused on ultrafine particles (PM0.1 or UFP) because of their ability to translocate into the systemic circulation and reach peripheral organs, where they are likely to have a harmful impact. Nevertheless, the knowledge of the cellular and molecular mechanisms involved in the toxicity of these particles is still very patchy, and most often remains focused on their main target, the lung. Thus, the main objectives of this thesis project were to provide innovative insights into the toxicokinetics (i.e., distribution/persistence) and toxicodynamics (i.e., pathophysiological mechanisms, associated cell signaling pathways) of UFP collected in urban environments, on the one hand, and the organospecific effects of UFP and the use of circulating miRNA as indicators of chronic and/or cumulative exposure to UFP in a mouse model, on the other hand. To answer these questions, Balb/cJRj mice were exposed for 3 months to various doses of UFP collected in the urban area of Lille, then analyzed in various target organs richly vascularized, and therefore directly exposed to UFP during their translocation and systemic distribution phase. The results showed that, in all target organs, the intrinsic oxidative potential of UFP undeniably induced the production of oxidative oxygen species and the activation of antioxidant defenses in sufficient quantities to restore a state of redox homeostasis, but were unable to prevent the onset of an inflammatory response in the lungs, heart and brain. Transcriptomic approaches carried out in the lungs, the target organ with the most marked deleterious effects, have suggested the deregulation of numerous signaling pathways in relation to oxidative and inflammatory responses, which constitute the central mechanisms of UFP toxicity, but also with more original toxicity mechanisms such as mitochondrial dysfunction, epithelial-mesenchymal transition and tissue remodeling, whose modulation has also been validated from a functional point of view. These promising data could ultimately contribute to better decision-making on the reduction of UFP emissions, as well as to the updating of current regulatory standards

Le Grand-Tunis présente une vulnérabilité face à la pollution atmosphérique compte tenu des fortes densités de population et des nombreuses infrastructures caractérisant son territoire. L’ozone (O3) et les particules en suspension (PM10) dépassent fréquemment les normes tunisiennes relatives à ces polluants. Quant aux normes internationales fixées par l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé), elles n’ont été respectées que rarement. L’appareil respiratoire constitue une voie d’exposition privilégiée aux agressions en rapport avec l’environnement. De nombreuses pathologies pulmonaires sont directement liées à l’inhalation des polluants dans l’atmosphère. Les influences des mécanismes climatiques sur la santé respiratoire sont très étendues également, notamment les épisodes météorologiques extrêmes appelés aussi paroxysmes météorologiques.L’objectif principal de cette thèse est de caractériser l’impact des facteurs environnementaux, climat et polluants atmosphériques sur la santé respiratoire dans le Grand-Tunis. Nous avons choisi de quantifier cette relation à partir des indicateurs biométéorologiques et des seuils absolus de stress météorologique, spécifiques au climat tunisois, et de la qualité de l’air pour prévoir des épisodes à risque pour la santé respiratoire. Cela est fait à partir des extrêmes météorologiques des paramètres les plus irritants pour la santé respiratoire : la température, l’humidité relative de l’air et la vitesse maximale du vent. Nous avons aussi établi des normes réalistes pour la qualité de l’air, relatives à l’O3 et aux PM10, identifiant les seuils critiques de surplus des hospitalisations dans le Grand-Tunis et qui peuvent être appliquées dans tout le pays. Compte tenu de l’effet de certains paramètres climatiques sur la dispersion des polluants dans l’atmosphère, nous avons aussi étudié la relation entre les paramètres météorologiques et les polluants d’O3 et de PM10. Les résultats de cette étude révèlent que, durant toute l’année, les tunisois sont confrontés au moins à un risque environnemental : la pollution photochimique et les vagues de chaleur, très répandues durant la saison chaude ; durant la saison froide, c’est le risque du froid et de la pollution particulaire ; et pendant les intersaisons, c’est la pollution biologique, avec les pollens, qui est le risque le plus important. Toutefois, l’exposition à court terme à ces risques, sur l’aggravation de la maladie respiratoire ou l’irritation du système respiratoire sont bien réelles. Cette recherche montre que le développement et l’aggravation des maladies respiratoires semblent découler d’une interaction complexe entre divers facteurs individuels et environnementaux. Ils sont essentiellement en relation avec le temps, la qualité de l’air et l’atopie. L’importance de ces facteurs varie selon la maladie considérée. Par ailleurs, le faible niveau socioéconomique de la famille augmente la probabilité d’être exposé à plusieurs de ces facteurs de risque. À cela s’ajoutent les facteurs comportementaux tels que l’alcool, le tabagisme actif et passif
The Greater metropolitan area of Tunis, often referred to as Grand Tunis or Tunis, presents a vulnerability to air pollution due to the high concentrations of population and the infrastructures characterizing its territory. Ozone (O3) and particles (PM10) often exceed the Tunisian thresholds for these pollutants. As for the international standards set by the WHO (world health organization), they have not been met infrequently.The respiratory tract is a preferred route of exposure to aggressions related to the environment. Many lung diseases are directly linked to inhalation of pollutants in the atmosphere. The influences of climate mechanisms on respiratory health are also very extensive, including extreme weather events, also called weather paroxysms.The main objective of this thesis was to characterize the impact of environmental factors, climate and atmospheric pollutants on respiratory health in Grand Tunis. We have chosen to quantify this relationship from the biometeorological indicators and absolute thresholds of meteorological stress, specific Tunisian climate, and air quality to predict episodes at risk for respiratory health and thresholds of weather variables and air quality resulting in excess hospital admissions for respiratory causes. And this from the climate extremes of the parameters affecting the respiratory health : temperature, relative humidity and maximum wind speed. We, too, set realistic standards for air quality, relative to O3 and PM10, identifying critical thresholds excess hospitalizations in Grand Tunis and can be applied throughout the country. Given the effect of some climatic parameters on the dispersion of pollutants in the atmosphere, we also studied the relationship between climatic parameters and pollutants of O3 and PM10. The results of this study reveal that, throughout the year, Tunisians are confronted with at least an environmental risk : photochemical pollution and heat waves, which are very responsive during the hot season ; during the cold season, it is the risk of cold and particulate pollution; and during the off-season, biological pollution, together with pollen, is more at risk. However, short-term exposure to these risks, the worsening of the respiratory illness or irritation of the respiratory system is real. This study showed that the development and worsening of respiratory diseases appear to result from a complex interplay of individual and environmental factors. They are mainly in relation to time, air quality and atopy. The importance of these factors varies the respective disease. Moreover, the low socioeconomic status of the family increases the likelihood of being exposed to more of these risk factors. Added to this are behavioral factors such as alcohol, active and passive smoking

La pollution atmosphérique constitue de nos jours un enjeu sociétal majeur, tant pour ses conséquences néfastes sur la santé humaine que sur l'environnement. L'objectif général de ce présent travail était de déterminer le niveau de la pollution atmosphérique dakaroise, extérieure et intérieure, et d'évaluer son impact sanitaire au sein de la population urbaine. Les particules fines (PM₂.₅) et une fraction plus grossière (PM>₂.₅) échantillonnées sur un site urbain de Dakar (HLM), caractérisées par de fortes émissions du trafic routier, ont été comparées aux particules échantillonnées dans une zone rurale, Toubab Dialaw, située à environ 40 kms de Dakar. Les caractéristiques physicochimiques des échantillons ont révélé que les particules différaient par leurs propriétés physiques (surface) et chimiques (en termes de CHN, métaux, ions, paraffines, COV et HAP) de 65 à 75 % plus élevées dans les échantillons urbains. Selon les différentes sources et les différentes propriétés physiques et chimiques, la réponse inflammatoire (TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8) et les dommages oxydatifs (protéines carbonylées totales et 8-OHdG) se sont révélés plus importants dans les cellules bronchiques BEAS-2B exposées aux particules urbaines. La campagne de mesure de la qualité de l'air a montré que l'intérieur du bus était plus pollué en PM₁₀, CO, CO₂ et NO que le marché et les sites intérieurs urbains et ruraux. La comparaison de la qualité de l'air entre les sites intérieurs et extérieurs a révélé que, particulièrement dans les zones urbaines, la qualité de l'air intérieur pouvait être moins bonne que celle des sites extérieurs correspondants. Le suivi de l'exposition individuelle aux polluants a montré que les ménagères de la zone urbaine et rurale étaient plus exposées que les professionnels à la pollution de l'air, confirmant les observations précédentes d'un niveau d'exposition potentiellement plus élevé des polluants dans l'environnement intérieur. Cependant, il convient de tenir compte du niveau d'exposition des commerçants et des conducteurs d'autobus résultant de l'échappement du trafic avec des véhicules souvent anciens, mal entretenus et non contrôlés, en raison des niveaux élevés de polluants gazeux rapportés ici
Air pollution is nowadays a major societal challenge, as much for its harmful consequences on human health as on the environment. The general objective of this work was to determine the level of Dakar air pollution, outdoor and indoor, and to assess its health impact in the urban population. Fine particles (PM₂.₅) and a coarser fraction (PM>₂.₅) sampled at an urban site in Dakar (HLM), characterized by high road traffic emissions, were compared with particles sampled at a rural area, Toubab Dialaw located about 40 km from Dakar. The physicochemical characteristics of samples revealed that PMs differ for their physical (surface area) and chemical properties (in terms of CHN, metals, ions, paraffins, VOCs and PAHs) that were 65 to 75 % higher in urban samples. In accordance with the different sources and different physical and chemical properties, the inflammatory response (TNF-α, IL-1β, IL-6, IL-8) and the oxidative damage (total carbonylated proteins and 8-OHdG) were found higher in bronchial BEAS-2B cells exposed to urban PMs. The air quality measurement campaign showed that the bus interior was more polluted with PM₁₀, CO, CO₂ and NO than the market and the urban and rural indoor sites. The comparison of air quality between indoor and outdoor sites revealed that, particularly in urban areas, indoor air quality may be worse than the corresponding outdoor one. Monitoring individual exposure to pollutants showed that housewives in urban and rural sites were more exposed than professionals to air pollution, confirming previous observations of potential higher individual exposure level to pollutants in indoor environment. However, exposure level of traders and bus drivers that would result from the exhaust of traffic with often old, poorly maintained and uncontrolled vehicles has to be taken into consideration due the higher levels of gaseous pollutants here reported

Cette thèse porte sur le devenir environnemental des pesticides, et plus particulièrement dans l’atmosphère. Nous nous sommes intéressés à leur distribution entre les différentes phases de l’atmosphère et à leur photolyse dans l’environnement. La distribution des pesticides entre les phases aqueuse et gazeuse de l’atmosphère dépend de leur constante de Henry tandis que leur distribution entre les phases gazeuse et particulaires de l’atmosphère dépend de leur pression de vapeur. Les constantes de Henry de deux herbicides largement utilisés, à savoir l’EPTC et la trifluraline, ont été déterminées en fonction de la température (278 – 293 K) à l’aide d’un dispositif basé sur un équilibre dynamique. Les résultats obtenus constituent la première détermination expérimentale de la dépendance en température de la constante de Henry dans le cas de la trifluraline et la seconde dans le cas de l’EPTC. Les mesures effectuées entre 278 et 293 K ont permis de déterminer les relations de Van’t Hoff pour les constantes de Henry de ces deux composés, ainsi que les enthalpies de solvatation correspondantes. Nos données obtenues à 283 K ont permis en outre de calculer que seulement 0. 3 % de l’EPTC, 0. 8 % de la trifluraline, présents en phase gazeuse seront dissous dans les gouttelettes d’eau des nuages, ce qui est insuffisant pour constituer un puits significatif pour ces herbicides. Ainsi, l’EPTC et la trifluraline seront presque exclusivement présents en phase gazeuse où leur dégradation aura lieu par voie photochimique [. . . ]
This thesis focuses on the environmental fate of pesticides, particularly in the atmosphere. We are interested on their partitioning between the different phases of the atmosphere and their photolysis in the environment. The partitioning between aqueous and gaseous phases in the atmosphere depends on the Henry’s law constant (H) while the partitioning between atmospheric particulate and gaseous phases is related to their vapor pressure. Henry’s law constants of two widely used herbicides, namely EPTC and trifluralin, were determined as a function of temperature (278 – 293 K) using a device based on a dynamic air/water equilibrium. The obtained results are the first experimental temperature dependence of H for trifluralin and the second one for EPTC. The measurements performed between 278 and 293 K have been used to determine the Van't Hoff expressions of H for both compounds and the corresponding enthalpies of solvation. Our data obtained at 283 K have also helped to calculate that only 0. 3% of gaseous EPTC and 0. 8% of gaseous trifluralin could be scavenged by clouds droplets, which can be considered as negligible. Thus, EPTC and trifluralin are almost exclusively present in the gas phase where degradation takes place through photochemical reactions [. . . ]

En zone urbaine, la pollution atmosphérique représente un enjeu majeur de santé publique. La caractérisation du risque associé dépend fortement de la qualité de l’estimation des expositions. Si les études étiologiques s’appuient maintenant souvent sur des modèles ayant une résolution spatiale fine, les études d’impact sanitaire (EIS) reposent encore généralement sur des approches avec une faible résolution spatiale. Ces contrastes spatiaux pourraient entraîner des inégalités sociales dans la distribution de l’impact sanitaire des polluants atmosphériques. D’autres facteurs, et en particulier le bruit, partagent les mêmes sources et ont potentiellement des effets sur la santé, et devraient aussi être pris en compte dans les études épidémiologiques. Les objectifs étaient : 1. D’étudier la possibilité de modéliser la distribution des particules ultrafines (UFP) en milieu urbain, et d’évaluer la corrélation entre UFP et bruit ; 2. De réaliser une EIS des particules fines avec une résolution spatiale fine, et d’investiguer les inégalités socio-économiques dans le fardeau de maladie généré par les particules ; 3. D’estimer les bénéfices sanitaires de scénarios théoriques de réduction de la pollution de l’air à l’échelle urbaine.Le premier objectif fait partie du projet Tri-tabs, conduit dans les villes de Bâle, Gérone et Grenoble. Des mesures de 20 min du bruit routier et du trafic, mais pas des UFP, étaient fortement reproductibles sur plusieurs mois. Sur des mesures simultanées, la corrélation entre le bruit et les UFP était modérée, ce qui ouvre la possibilité d’un ajustement réciproque pour de futures études épidémiologiques, permettant ainsi de démêler leurs potentiels effets court terme.Le second objectif se focalise sur le long terme. La plupart du temps, les études d’impact sanitaire ne prennent pas en compte les variations spatiales des concentrations en polluants en zone urbaine. Dans les agglomérations de Grenoble et Lyon en 2012, l’exposition aux PM2.5 a été estimée à une échelle de 10×10 m en combinant un modèle de dispersion à des données de densité de population. Les événements de santé retenus étaient la mortalité ainsi que l’incidence du cancer du poumon (Grenoble) et des petits poids des naissances à terme. Les estimations de l’impact sanitaire ont été répétées en considérant les concentrations en polluants de façon homogène au sein de chaque agglomération. La proportion de cas attribuables à la pollution de l’air était de 3–8% pour la mortalité et 9–43% pour les petits poids de naissances à terme. A Grenoble, 6,8% des nouveaux cas de cancer du poumon étaient attribuables à la pollution de l’air. L’impact était sous-estimé de 8 à 20% lorsque les stations de mesure de fond étaient utilisées. Le risque attribuable était plus important dans les quartiers dont le niveau de défaveur sociale était intermédiaire ou légèrement au-delà.Nous avons estimé l’impact de scénarios de réduction des niveaux de particules fines. Les scénarios visant une réduction de ces niveaux de 5% permettraient une réduction d’environ 10% des décès attribuables aux particules, tandis que les actions visant à réduire uniquement la pollution chez les 10% d’habitants les plus exposés ne procureraient qu’un gain sanitaire marginal (environ 1%). En conclusion, nous avons montré que les mesures à court terme ne peuvent pas être utilisées pour modéliser les UFP en zone urbaine ; nous avons été parmi les premiers à réaliser une EIS s’appuyant sur un modèle de dispersion à résolution spatiale fine, et à avoir intégré les petits poids de naissances. Nos estimations ont montré que les stations de fond utilisées couramment en France pour les EIS tendent à sous-estimer les expositions, comparées à un modèle de dispersion. Notre estimation de la réduction des niveaux de particules fines nécessaire pour atteindre une réduction significative de l’impact sanitaire de la pollution de l’air en zone urbaine pourrait servir de guide à des politiques publiques
In urban areas, atmospheric pollution represents a major threat to human health. The accurate characterization of this threat relies centrally on the quality of exposure assessment. It also requires assessment of other factors sharing the same sources and also possibly impacting health, such as noise. Fine-scale exposure assessment of air pollution levels may allow identifying spatial contrasts. Such spatial variations may lead to social differences in the distribution of the health impact of these pollutants.The general aims of the PhD were: 1. To study the possibility to model ultrafine particles distribution in urban areas and assess the correlation of ultrafine particles levels with road traffic noise; 2. To assess the risk incurred by air pollution exposure with a fine-scale modelling approach and investigate the potential socio-economic disparities in health burden induced by particulate matter; 3. To investigate the health benefits expected from hypothetical scenarios of reduction of air pollution levels at the urban scale.The first aim relies on Tri-tabs project, conducted in three European cities (Basel, Girona, Grenoble). Measurements during 20 minutes of outdoor noise and traffic, but not of UFP, were strongly reproducible over durations of a couple of days or months. In these areas, on the short-term, noise levels and UFP concentrations exhibited relatively moderate correlations, which may allow adjustment for mutual confounding in epidemiological studies, thus allowing to disentangle their possible short-term health effects.The second aim introduces health effects, and focuses on the longer term. Risk assessment studies often ignore within-city spatial variations of air pollutants. In Grenoble and Lyon areas (0.4 and 1.2 million inhabitants, respectively) in 2012, PM2.5 exposure was estimated on a 10×10 m grid by coupling a dispersion model to fine-scale data on population density. Outcomes were mortality, lung cancer and term low birth weight incidences. The numbers of cases attributable to air pollution were estimated overall and stratifying areas according to the European Deprivation Index, a measure of social deprivation. Estimations were repeated assuming spatial homogeneity of air pollutants within city. The proportion of cases attributable to air pollution was in the 3-8% range for mortality and 9–43% range for term low birth weight. In Grenoble, 6.8% (95% CI: 3.1–10.1%) of incident lung cancer cases were attributable to air pollution. The impact was underestimated by 8 to 20% when background monitoring stations were used to assess exposure, compared to fine-scale dispersion modeling. Health impact was highest in neighborhoods with intermediate to higher social deprivation.Several countries across Europe have implemented air pollution regulation policies, or low emission zones, France being an exception. We estimated the health impact of air pollution under different scenarios of reduction of fine particulate matter concentrations. Scenarios targeting a reduction in the PM2.5 annual averages by 5% led to a 10% decrease of the health burden, while actions aiming at only reducing the exposure of the population exposed above the 90th percentile did not yield a significant reduction of the health burden (around 1%).In conclusion, we have shown that short-term measurements cannot be used to model ultrafine particles levels in urban areas; we were among the first to rely on a fine-scale exposure model for estimating the health impact of air pollution, and quantify its impact on term low birth weight. Our estimations showed that background air quality monitoring stations used classically in France for health impact assessment studies tend to underestimate exposure, compared to a spatially-resolved dispersion model. We have provided an estimate of the air pollution decrease required to obtain a significant reduction of the health impact of air pollutants in urban areas

Les sites industriels de production et de recyclage de métaux ferreux et non-ferreux sont à l’origine d’émissions locales dans l’atmosphère de particules riches en métaux et métalloïdes (As, Cd, Fe, Pb, Sb, Zn …) qui peuvent avoir un impact sur l’environnement et la santé humaine. En particulier, lorsque ces industries sont situées près de zones urbaines, ces particules peuvent contaminer les sols et les végétaux lors de leur retombée, induisant ainsi un risque sanitaire pour les populations. La contamination des plantes potagères par les métaux est un sujet de préoccupation des pouvoirs publics et de la communauté scientifique. L’étude de l’accumulation et du transfert des métaux, dans les réseaux trophiques, est donc d’importance majeure pour évaluer les risques sanitaires. Si la contamination des végétaux par le transfert sol-plantes a donné lieu à de nombreuses études, la contamination des plantes potagères par la voie foliaire n’est plus à ignorer, comme le montrent des travaux récents. L’étude de l’accumulation et du transfert des métaux a été effectuée in situ et en conditions contrôlées pour différents végétaux consommables aux caractéristiques morphologiques différentes (laitue, ray-grass, chou commun). L’accumulation des métaux, leur transfert dans les végétaux et l’évaluation des impacts phytotoxiques, caractérisés par des techniques de microscopie et de spectrométrie (MEB-EDX, Raman, EXAFS/XANES, LA-ICP-MS, RPE…) ainsi que par des tests biologiques (activité photosynthétique, génotoxicité, expression génique), ont été discutés en fonction de la concentration en métaux, de leur spéciation et de leur localisation sur/dans les feuilles et du temps d’exposition
Industrial activities such as production and recycling of ferrous and non-ferrous metals can emit in the atmosphere large quantities of metal(loid)s-rich particles (As, Cd, Fe, Pb, Sb, Zn …) which may have an impact on the environment and human health. Especially when these industries are located near urban areas, particles can contaminate soils and plants when they fallout, thus inducing a health risk for the population. Contamination of vegetables by metals is a topic of concern for public authorities and the scientific community. Studying the accumulation and transfer of metal(loid)s in food webs is therefore of major importance to assess health risks. The plant contamination by the soil-plant transfer has led to numerous studies and the contamination of vegetables by foliar pathway can't be ignored, as shown by recent work. The study of accumulation and transfer of metals (metalloids) has been carried out in situ and under controlled conditions for various consumable plants with different morphological characteristics (lettuce, ryegrass and cabbage). The accumulation and transfer of metals and their phytotoxicity, characterized by microscopy and spectrometric techniques (SEM-EDX, Raman, EXAFS/XANES, LA-ICP-MS, EPR…) and biological tests (photosynthetic activity, genotoxicity, gene expression), have been discussed in terms of metals concentration, metals location and speciation on/into leaves and exposure time

La métropole parisienne concentre un grand nombre d'activités anthropiques et une forte densité de bâtis engendrant de fortes émissions de polluants. L'ozone, le dioxyde d'azote et les particules dépassent fréquemment les seuils critiques annuels et journaliers fixés par l'Union Européenne et la France. L'exposition à des concentrations exceptionnelles de ces polluants peut engendrer des problèmes respiratoires et cardio-vasculaires pour la population et les nombreux touristes en région parisienne. La qualité de l'air peut être une source de nuisance lors du séjour de ces derniers et avoir un impact négatif sur l'image de la région, dont le tourisme est une des premières activités économiques. Les objectifs de cette thèse sont d'évaluer, d'une part, quand et où les touristes sont le plus exposés à la pollution de l'air, et d'autre part, comment ils la perçoivent. Pour évaluer l'exposition des touristes, les variabilités spatiale et temporelle de l'ozone, du dioxyde d'azote et des particules ont été étudiées à deux échelles différentes : la première régionale, avec les données issues du réseau de mesures Airparif, et la seconde, plus locale, avec des mesures de concentrations d'ozone et de particules sur différents itinéraires et sites touristiques parisiens. L'exposition est différente selon les polluants, la saison et le lieu. Les touristes sont le plus exposés à l'ozone de mai à septembre lors de journées ensoleillées et dans les espaces verts, loin de la circulation routière. À l'inverse, ils sont le plus exposés aux particules et au dioxyde d'azote d'octobre à avril lors de temps calme avec des inversions thermiques matinales, et à proximité du trafic routier. La perception des touristes de la pollution de l'air a été évaluée à l'aide d'enquêtes sur les sites de la Tour Eiffel, du Sacré-Cœur et de Notre-Dame sur plusieurs jours. Les touristes estiment globalement une qualité de l'air bonne ou moyenne à Paris. Cette perception varie selon les jours, dépendant essentiellement des conditions météorologiques et de la visibilité du smog, et selon les sites, résultant de nuisances visuelles, olfactives et sonores perçues différemment. L'origine des touristes influe sur leur perception avec une principale différence entre les touristes français et les touristes étrangers.

L'exposition chronique aux particules atmosphériques d’un diamètre inférieur à 2,5 μm (PM2,5) à des concentrations supérieures au niveau recommandé par l'organisation mondiale de la santé est à l’origine de la survenue et/ou l’aggravation de pathologies respiratoires, cardiovasculaires, neurologiques, voire de cancers. Des valeurs seuils réglementaires ont été définies concernant la concentration massique ambiante des PM2,5. Cependant, ces valeurs ne tiennent pas compte de l’impact des variations de la composition chimique des particules sur les effets biologiques induits. Une attention particulière a été portée dans la littérature sur plusieurs composés reconnus comme nocifs tels que les métaux et les hydrocarbures aromatiques polycycliques qui ont pour certains étés réglementés. Néanmoins, d’autres constituants sont encore, à ce jour, peu étudiés alors qu’ils pourraient jouer aussi un rôle important dans la toxicité particulaire. Il s’agit notamment des aérosols organiques secondaires (AOS) qui constituent une fraction chimique majeure des PM2,5 et peuvent représenter jusqu'à 90% de leur masse de matière organique. Ils sont formés par réaction/oxydation/condensation de composés organiques volatils (COV) dans l'atmosphère. Une hausse de la concentration des AOS en air ambiant est attendue dans le futur en raison de l'augmentation concomitante des émissions de précurseurs de COV et de la capacité oxydante de l'atmosphère liés au changement climatique. Dans ce contexte, ce projet de thèse a consisté, dans un premier temps, à générer des AOS modèles résultant de l'oxydation de deux COV largement présents dans l'atmosphère, l'un d'origine biogénique, le limonène, et l'autre d'origine anthropique, le m-xylène. L’ozonolyse du limonène et la photooxydation du m-xylène ont été respectivement réalisées dans un réacteur à écoulement et une chambre de simulation. 2 types d’oxydation ont été testés pour la synthèse des AOS biogéniques : l’une avec une concentration faible et l’autre avec une concentration forte d’ozone. Les phases particulaires ont été ensuite caractérisées en termes de granulométrie (particules quasi-ultrafines de quelques centaines de nm), de masse et de composition chimique (fonctions hydroxyles, carbonyles, acides carboxyliques, oligomères, pour le limonène ; nitrophénols, dimères pour le xylène). Dans un second temps, le potentiel oxydant intrinsèque (PO) des AOS biogéniques et anthropiques générés a été évalué, de même que leur impact toxicologique, en termes de stress oxydant et d’effets inflammatoires, sur un modèle de cellules épithéliales bronchiques humaines immortalisées (BEAS-2B). Les résultats obtenus ont montré que, parmi les AOS biogéniques, ceux produits avec une faible concentration d’ozone présentent un PO et une réponse antioxydante plus marqués. Par ailleurs, nos résultats indiquent également que, comparés à ces AOS biogéniques, les AOS issus de la photo-oxydation du m-xylène ont un PO plus élevé et présentent une cytotoxicité et une activation des défenses antioxydantes plus importantes. De plus, des lésions oxydatives sur les protéines et l’ADN ont également été détectées dans les cellules exposées à ces AOS. Globalement, les résultats issus de ce projet permettent d’améliorer la connaissance de la composition chimique de la phase particulaire de ces AOS modèles et apportent de nouvelles connaissances sur les mécanismes impliqués dans leur toxicité pulmonaire
Chronic exposure to atmospheric particles with a diameter less than 2.5 μm (PM2.5) at concentrations exceeding the levels recommended by the World Health Organization is responsible for the onset and/or exacerbation of respiratory, cardiovascular, neurological, and even cancer-related diseases. Regulatory threshold values have been defined regarding the ambient mass concentration of PM2.5, but these values do not take into account the impact of variations in the chemical composition of particles on induced biological effects. Special attention has been given in the literature to certain recognized harmful compounds such as metals and polycyclic aromatic hydrocarbons, some of which have been regulated. Nevertheless, other compounds are still poorly studied to date, even though they could also play an important role in particulate toxicity. This includes secondary organic aerosols (SOA), which constitute a major chemical fraction of PM2.5 and can represent up to 90% of their organic matter mass. They are formed through the reaction/oxidation/condensation of volatile organic compounds (VOCs) in the atmosphere. A rise in ambient SOA concentration is expected in the future due to the simultaneous increase in VOC precursor emissions and the oxidizing capacity of the atmosphere related to climate change. In this context, the present project first consisted in generating model SOA resulting from the oxidation of two VOCs that are widely present in the atmosphere, one of biogenic origin, limonene, and the other of anthropogenic origin, m-xylene. Limonene ozonolysis and m-xylene photooxidation were respectively carried out in a flow reactor and a simulation chamber. Two types of oxidations were tested for biogenic SOA synthesis: one with low ozone concentration and the other with high ozone concentration. The particulate phases were then characterized in terms of size (few hundred nm), mass, and chemical composition (hydroxyl, carbonyl, carboxylic acid functions, oligomers for limonene; nitrophenols, dimers for xylene). In a second step, the intrinsic oxidative potential (OP) of the generated biogenic and anthropogenic SOA was evaluated, as well as their toxicological impact in terms of oxidative stress and inflammatory effects on a model of immortalized human bronchial epithelial cells (BEAS-2B). The results obtained showed that among the biogenic SOA, those produced with low ozone concentration exhibit a more pronounced OP and antioxidant response. Furthermore, our results also indicate that, compared to these biogenic SOA, SOA resulting from m-xylene photooxidation have a higher OP and display greater cytotoxicity and activation of antioxidant defenses. In addition, oxidative damage to proteins and DNA was also detected in cells exposed to these SOA. Overall, the results from this project contribute to improving our knowledge on the chemical composition of SOA particulate phase and provide new insights into the mechanisms involved in their pulmonary toxicity

Les principaux objectifs de cette étude, une des premières menée au Liban, étaient d’acquérir une meilleure connaissance des caractéristiques physico-chimiques des particules atmosphériques fines (PF ou PM₂.₅₋₀.₃) et ultrafines (PUF ou PM₀.₃), et d’évaluer in vitro, leur potentiel toxique sur des cellules épithéliales bronchiques humaines (BEAS-2B). L’échantillonnage de PF et de PUF a été mené au Liban à la fois sur un site urbain (Sin El-Fil, du 18 mai au 2 sept. 2011) et un site rural (Beije, du 5 sept. au 28 oct. 2011). Les PF et les PUF ont fait l’objet d’une caractérisation physico-chimique par la détermination de leur composition en éléments et ions inorganiques, carbone total et composés organiques. Ensuite, des échantillons composites de PF et de PUF ont été préparés afin d’exposer les cellules BEAS-2B et évaluer les mécanismes toxiques sous-jacents. Nos résultats ont montré une influence des sources de combustion plus notable pour les particules collectées sur le site urbain, et cela par la présence de carbone total, de composés organiques, de métaux et d’ions inorganiques secondaires à des niveaux de concentration supérieurs à ceux rencontrés sur le site rural. D’autre part, une cytotoxicité plus prononcée a été provoquée par les PUF par comparaison aux PF. Les mécanismes de génotoxicité et de modifications épigénétiques que nous avons étudiés, à savoir l’activation métabolique des composés organiques, la modification de l’expression de trois microARNs, l’activation de la télomérase et l’induction de cassures au niveau de l’ADN, ont été induits par les deux échantillons de PF, avec un effet plus prononcé pour les particules d’origine urbaine. L’exposition des cellules BEAS-2B aux PF collectées, notamment celles d’origine urbaine, pourraient donc favoriser la transformation des cellules pulmonaires en cellules immortelles, et par conséquent, l’initiation ou la promotion de la cancérogenèse broncho-pulmonaire
The objectives of this study, one of the first conducted in Lebanon, were to acquire a better knowledge on the physico-chemical characteristics of atmospheric fine particles (FP or PM₂.₅₋₀.₃) and ultrafine ones (UFP or PM₀.₃), and to assess their potential toxicity. Particles were collected at two coastal sites between may and sept. 2011 at Sin El-Fil (urban site in Greater Beirut), and between sept. and oct. 2011 at Bejje (rural site). After sampling, FP and UFP were subjected to a physico-chemical characterization by quantifying their inorganic ions and elements, total carbon and organic compounds contents. Then, composite samples of FP and UFP were prepared in order to expose bronchial epithelial cells (BEAS-2B) in culture, and therefore to assess the underlying toxic mechanisms. Our results showed an influence of combustion sources especially for urban particles that are richer in total carbon, organic compounds, metals and secondary inorganic ions than rural ones. On the other hand, a more pronounced cytotoxicity was caused by UFP when compared to FP. In addition, epigenetic modifications and genotoxicity mechanisms, such as metabolic activation of organic compounds, changes in three microRNAs expression, telomerase activation and DNA breaks induction, which are potentially involved in the initiation and promotion of carcinogenesis, were induced by the two samples of FP, with a more pronounced effect of urban particles. Exposure of BEAS-2B cells to collected FP, especially urban ones, may therefore induce the transformation of lung cells to immortal cells, and consequently the initiation or the promotion of broncho-pulmonary carcinogenesis

L'Organisation Mondiale de la Santé estime que l'exposition à la pollution atmosphérique est à l'origine de plus de 4 millions de décès prématurés annuels dans le monde. La pollution atmosphérique constitue donc un risque majeur pour la santé. L'évaluation des effets de la pollution atmosphérique sur la santé présente toutefois des lacunes. En effet, les études épidémiologiques et expérimentales ne prennent en compte que des polluants atmosphériques réglementés sans considérer la synergie qui peut exister entre eux, alors que la pollution atmosphérique est un mélange multiphasique de composés gazeux et particulaires interagissant entre eux et avec les paramètres environnementaux. De plus les concentrations étudiées sont rarement dans des gammes réalistes. L'objectif de ce travail est de mettre en œuvre une plateforme innovante permettant d'étudier les effets de la pollution atmosphérique sur la santé. Pour ce faire, des souris ont été exposées à des situations atmosphériques représentatives d'atmosphères et d'épisodes de pollution atmosphérique urbains réels, simulées en laboratoire. Ces atmosphères simulées ont ensuite été qualifiées. Nous avons ainsi réussi à reproduire des atmosphères urbaines multiphasiques, en simulant au laboratoire leurs phases gazeuse et particulaires. La formation d'aérosols organiques secondaires et de composés organiques volatiles fonctionnalisés confirment la qualité de nos simulations (proxy d'atmosphères urbaines réelles), en mettant en évidence l'oxydation de la matière organique. Les résultats des analyses biologiques sur les souris exposées ont mis en évidence la pertinence de la plateforme pour étudier les effets de la pollution atmosphérique sur la santé
The World Health Organization estimates that exposure to atmospheric pollution causes more than 4 million premature deaths annually worldwide. Atmospheric pollution is therefore a major health risk. However, the assessment of the health effects of atmospheric pollution has shortcomings. Indeed, epidemiological and experimental studies only take into account regulated atmospheric pollutants without considering the synergy that may exist between them, whereas atmospheric pollution is a multiphasic mixture of gaseous and particulate compounds interacting with each other and with environmental parameters. Moreover, the concentrations studied are rarely within realistic ranges. The objective of this work is to implement an innovative platform to study the effects of atmospheric pollution on health. To do this, mice were exposed to atmospheric situations representative of real atmospheres and episodes of urban air pollution, simulated in the laboratory. These simulated atmospheres were then qualified. We have thus succeeded in reproducing multiphasic urban atmospheres, by simulating their gaseous and particulate phases in the laboratory. The formation of secondary organic aerosols and functionalized volatile organic compounds confirm the quality of our simulations (proxy of real urban atmospheres), by highlighting the oxidation of organic matter. The results of the biological analyses on the exposed mice have highlighted the relevance of the platform for studying the effects of atmospheric pollution on health

L'objectif de cette thèse a été de contribuer à une meilleure compréhension de l'impact des pollutions sur les lichens dans des conditions éxpérimentales de terrain (région Lorraine, France). Les techniques d'analyses des aires d'échantillonnage des lichens épiphytes en bioindication étaient peu développées. Sans une méthode précise et une validation solide des choix de la surface d'échantillonnage, l'analyse des relevés reste subjective et les études comparatives et les hypothèses testées approximatives. Pour examiner ce problème, nous avons testé une technique opérationnelle d'échantillonnage et d'analyse spatiale, basée du recouvrement et de la fréquence lichénique. La transplantation est une technique de terrain utilisée pour l'étude des effets de la pollution de l'air et de l'accumulation d'éléments chimiques sur la symbiose lichénique. Nous l'avons utilisé pour étudier les effets des polluants gazeux et des éléments chimiques de l'air sur la physiologie de lichens exposés ou non à des précipitations. Pour analyser ces interactions, le lichen Hypogymnia physodes a été transplanté pendant l'été 2001 dans 5 sites de la vallée de la Moselle présentant des niveaux différents de pollution atmosphèrique. Dans chacun de ces sites, 6 dispositifs de transplantation, permettaient la fixation des lichens, respectivement à l'abri ou non des précipitations. Des échantillons de lichens ont été récoltés à la fin de chaque période d'exposition pour déterminer les concentrations en éléments chimiques, en chlorophylles et en malondialdéhyde, ainsi que le rapport de phéophytinisation. Des analyses de variances et en composantes principales entre les paramètres biologiques, les bioconcentrations chimiques du lichen et des paramètres statistiques de polluants gazeux ont été réalisées pour tester les relations significatives

Les conséquences sanitaires et environnementales de la pollution atmosphérique sont devenues au cours des dernières décennies un des problèmes majeurs de notre société. Sensibilisée à cette problématique, la région Nord Pas-de-Calais a été l’une des premières régions à soutenir et à valoriser la biosurveillance végétale de la qualité de l’air. Les travaux scientifiques réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objectif d’étudier les phénomènes d’accumulation et les impacts des composés organiques volatils (COV) chez les bryophytes. Articulées autour de deux axes, les recherches menées visaient à étudier, d'une part, l'accumulation des benzène, toluène, ethylbenzène et xylènes (BTEX), d'autre part, des effets au niveau cellulaire, du benzène chez Tortula ruralis, par l'analyse des variations de l'expression de biomarqueurs de stress oxydant. Des expérimentations complémentaires in situ , sur le littoral dunkerquois, et en conditions contrôlées ont permis d'établir des phénomènes d'équilibre des concentrations en BTEX entre notre modèle végétal et l'air. In situ, les teneurs en BTEX chez les mousses sont fortement conditionnées par les paramètres météorologiques, et principalement la force des vents. De plus, les concentrations atmosphériques en particules PM10 favoriseraient l'accumulation des BTEX chez la mousse. Mais d'une manière générale, les mousses n'accumulent pas les BTEX de façon corrélée aux teneurs dans l'atmosphère. Concernant l'expression des biomarqueurs de stress oxydant, des variations naturelles des paramètres biologiques mesurés sont observées chez la mousse. Ces variations seraient liées à la nature poïkilohydrique des mousses, leur capacité de reviviscence et aux aptitudes qu'elles ont développées pour résister aux variations de leur état d'hydratation. Ainsi, les biomarqueurs de stress oxydant souvent recherchés dans les études d'écotoxicologie, ne seraient pas adaptés pour l'étude des effets chez les bryophytes terrestres.

On cherche à construire un indicateur d'impact environnemental global de la pollution atmosphérique semblable au potentiel de réchauffement climatique. Il doit permettre d'estimer l'impact environnemental global de la pollution atmosphérique induit par les transports, tout en conservant la valeur de l'impact environnemental de chaque catégorie d'impact, ainsi que l'évaluation des émissions. On s'appuie pour cela sur une typologie des impacts basée sur les connaissances scientifiques, la recherche d'un indicateur pour chaque type de pollution, et l'élaboration d'une architecture d'agrégation de la pollution de l'air, qui permet d'intégrer l'ensemble des catégories d'impact environnemental au sein d'un impact global des polluants atmosphériques, et d'assister l'utilisateur à hiérarchiser ses préoccupations vis-à-vis de chacune des catégories d'impact de la pollution de l'air
We intend to build a global environmental impact indicator of air pollution to assess transport infrastructures, technologies or flows. This indicator tries to be simple and transparent to facilitate its use in decision-making. The intention is for the indicator to be like the Global Warming Potential (GWP), which establishes a relationship between the emission of six greenhouse gases and the average temperature increase of the Earth. The indicator therefore allows estimating the global environmental impact of transport-generated air pollution, while simultaneously conserving the value of the environmental impact of each type of air pollution and the emission assessment. This work is based on an environmental impact typology, a set of indicators, and aggregation architecture of atmospheric pollution. The typology is established as a function of the specific and homogenous characteristics of each type of pollution in terms of pollutants, impact mechanisms, targets and environmental impacts. To ensure exhaustiveness and non-redundancy, 10 types of air pollution impact are proposed: greenhouse effect, ozone depletion, direct ecotoxicity (this type of pollution excludes greenhouse effects on nature, ozone depletion, eutrophication, acidification and photochemical pollution), eutrophication, acidification, photochemical pollution, restricted direct health effects (not taking into account welfare, and excluding the effects on health of the greenhouse effect, ozone depletion, acidification and photochemical pollution), sensitive pollution (annoyance caused by odours and fumes), and degradation of common and historical man-made heritage. Indicators similar to GWP can be identified in the literature for each type of atmospheric pollution, except for the degradation of common and historical man-made heritage, for which none indicator have been suggested. However, these indicators do not seem to have achieved wide scientific consensus, except for GWP, which may make it necessary to continue research in this field. Aggregating the different indicators is proposed by using an architecture composed of two structures that aggregate types of air pollution. One is based on the target affected, whereas the second has three dimensions, i. E. Targets, space and time. This architecture allows also the indicator’s users to establish a hierarchy of concerns for each type of atmospheric pollution. The indicator makes thus it possible to give a global value to impact of air pollutants, taking into account scientific assessment and social perception

Dans le Sud-Est de la France, le département des Alpes-Maritimes, singulier du fait de son relief contrasté, est soumis au jeu des brises et inversions thermiques nocturnes. L'agglomération littorale contribue aux émissions de particules qui sont un des polluants les plus nocifs pour la santé humaine. La pollution de l'air n'est évidemment pas répartie de manière homogène dans le temps et dans l'espace. Les topoclimats sont un protagoniste de la pollution de l'air au sein de cet espace littoral montagneux. La problématique centrale de cette thèse consiste donc à comprendre pourquoi et comment les topoclimats influencent la variabilité spatio-temporelle des concentrations de particules dans le sud-ouest du département, tout en considérant qu'ils ne sont pas seuls à expliquer les concentrations. Afin de répondre à cette question, plusieurs objectifs privilégiant les mesures de terrain, et la modélisation ont été fixés :- exploiter des données de concentrations de particules et de variables météorologiques acquises à l'aide de plusieurs appareils de mesures, de manière fixe et itinérante, en plusieurs endroits et à différentes échelles spatio-temporelles ;- caractériser les écoulements d'air à faible altitude à l'aide de ballons équilibrés (dits CLB) et les mettre en relation avec les niveaux de PM10 mesurés ; - caractériser chimiquement les PM10 pour évaluer la contribution des principales sources d'émissions ;- tester la capacité d'un logiciel de dispersion atmosphérique à simuler en relief contrasté les effets des topoclimats sur la variabilité spatio-temporelle des PM10.L'influence des topoclimats sur la pollution de l'air particulaire a été établie.

L'objectif de ce travail était d'apprécier la valeur potentielle, en tant que biomarqueurs de la pollution atmosphérique par les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), des activités enzymatiques de phase I (7-éthoxyrésorufineO-dééthylase, EROD et 7-éthoxycoumarineO-dééthylase, ECOD) et associées au glutathion (glutathion S-transférases, GST avec le 1-chloro-2,4-dinitrobenzène et le 4-nitroquinoline-1-oxyde comme substrats, la glutathion réductase et les glutathion peroxydases) dans trois organes d'un escargot (Helix aspersa), mais également des activités associées au glutathion et antioxydantes (ascorbate peroxydase et catalase) chez une mousse (Pleurozium schreberi). Dans un premier temps, H. Aspersa et P. Schreberi ont été exposés durant 3 jours à une ambiance saturée en naphtalène. Alors que les paramètres biochimiques explorés chez P. Schreberi n'ont pas été variées, une réponse organo-spécifique a été observée chez H. Aspersa. Chez ce dernier les activités EROD et ECOD n'ont pas été modifiées dans le toit de la cavité palléale (TCP) alors qu'elles ont été diminuées dans le rein (R) et augmentées dans la glande digestive (GD). Dans une seconde phase, ces organismes ont été exposés 8 heures à une atmosphère de travail chargée principalement en HAP. Chez P. Schreberi, aucune modification des activités enzymatiques n'a été mesurée. A l'inverse, une réponse non dose-dépendante a été observée chez H. Aspersa. Si les activités EROD et ECOD ont été augmentées dans ses trois organes, les activités GST mesurées avec le chloro-dinitrobenzène comme substrat l'ont été uniquement dans la GD. La dernière étape, les organismes ont été implantées plusieurs semaines sur différents sites urbains. Dans la GD, les activités GST mesurées avec les deux substrats ont été corrélées positivement aux oxydes d'azote. Ces dernières, ainsi que les activités CYP dans le rein paraissent prometteuses pour une utilisation en tant que biomarqueurs de la pollution atmosphérique par les HAP.

Les études épidémiologiques sur les effets de la fraction ultrafine de la pollution particulaire et les études sur la toxicité in vitro et in vivo des nanoparticules manufacturées témoignent d’un danger potentiel pour l’homme en raison de nouvelles propriétés physico-chimiques de la matière à l’échelle nanométrique. L’évaluation du risque lié à des expositions professionnelles ou environnementales ou le diagnostic d’un lien causal entre ces expositions et d’éventuelles pathologies peuvent être limités par l’absence de méthode de référence pour caractériser et quantifier les particules nanométriques dans les tissus et fluides biologiques. Ce travail a permis de mettre au point une méthode remplissant ces objectifs, basée sur la préparation des échantillons par digestion alcaline et microfiltration et sur l’analyse en microscopie électronique analytique. L’application de cette méthode dans deux études a permis de confirmer qu’une translocation des particules nanométriques était possible d’une part au niveau pleural avec concentration dans les black spots et d’autre part à travers le placenta avec une possible exposition du foetus. Ce travail a également permis de caractériser des sources d’expositions professionnelles ou environnementales aux particules nanométriques. Sous réserve d’optimiser le coût et le temps nécessaire pour ce type d’analyse, cette méthode pourrait permettre de définir des valeurs de référence sur des échantillons plus larges et représentatifs de la population générale ou être utilisée dans le cadre de la surveillance de travailleurs exposés
Epidemiologic studies on the health effects of ultrafine particles from atmospheric pollution and in vitro or in vivo studies on manufactured nanoparticles toxicity suggest that potential hazards may result from new physico-chemical properties of materials at nanometric scale. To assess human health risk after occupational or environmental exposure or to demonstrate a causal relationship between such exposures and diseases may be hindered by the lack of reference method to characterize and quantify nanometric particles in biological tissues and fluids. This work allowed us to develop such a method based on samples preparation by alkaline digestion and microfiltration followed by analytical electron microscopy analysis. This method applied in two studies allowed us to confirm that pleural translocation of nanometric particles and accumulation in black spots were possible in human and that they also may pass through the placental barrier with potential fetal exposure. This work also allowed us to characterize some sources of occupational and environmental exposures. After time-cost optimization of this method, it could be used to define reference values on larger population-representative samples or used for the medical follow-up of exposed workers

L’objectif de cette thèse est d’améliorer la conception des études observationnelles sur les effets à court terme de la pollution de l’air sur la santé. Dans le premier chapitre écrit avec Anna Alari et Tarik Benmarhnia, nous préconisons d’utiliser des méthodes d’appariement pour améliorer la phase de conception des études qui exploitent les changements de direction du vent comme variables instrumentales. Nous montrons que les directions du vent sont fortement reliées à des facteurs de confusion et qu’il y a souvent peu d’observations contrefactuelles pour comparer l’effet propre à chaque direction. A l’aide d’une analyse de sensibilité, nous montrons aussi, de manière quantitative, que les effets des directions du vent sur les concentrations des polluants aériens ne sont pas biaisés par l’existence d’un facteur inobservé. Notre approche pourrait être pertinente pour des stratégies similaires fondées sur des instruments binaires comme les inversions thermiques ou les grèves de transports publics. Dans le deuxième chapitre rédigé avec Marion Leroutier et Marie-Abèle Bind, nous étudions l’impact du trafic de croisière sur la pollution de l’air à Marseille. Avec une méthode d’appariement conçue pour les séries temporelles, nous créons des expériences hypothétiques et estimons l’effet à court terme d’une augmentation du trafic maritime sur la pollution de l’air. Nous utilisons aussi l’inférence par randomisation, ce qui permet d’éviter de faire des approximations asymptotiques et des hypothèses sur la forme de la distribution de la statistique test. Nous trouvons que l’arrivée de navires de croisière augmente au niveau de la ville les concentrations de dioxyde d’azote ainsi que des particules fines. Nos résultats suggèrent que des expériences hypothétiques permettent de mieux comprendre les externalités négatives du trafic maritime. Dans le troisième chapitre, nous expliquons avec Vincent Bagilet que la combinaison d’un biais de publication en faveur des résultats statistiquement significatifs et d’un manque de puissance statistique pourrait produire des effets surestimés de la pollution de l’air sur la santé. Nous rassemblons d’abord l’ensemble des effets estimés et leur erreur type publiés en épidémiologie et en économie. En utilisant des calculs de puissance statistique, nous montrons que cette puissance est inférieure à 80% pour la moitié des articles et qu’ils pourraient donc produire des effets deux fois trop grands. Nous menons ensuite des simulations sur des vraies données pour identifier les paramètres qui affectent la puissance statistique. Nous trouvons que le nombre de chocs exogènes ainsi que le nombre de cas journaliers de décès ou d’admissions en urgence influencent fortement la puissance. Ces résultats sont importants car de nombreuses études exploitent de rares chocs exogènes et se concentrent sur des sous-groupes comme les enfants ou les personnes âgées. A la fin du chapitre, nous proposons plusieurs recommandations pour prendre en compte ce problème négligé de puissance statistique. Le quatrième et dernier chapitre est une généralisation du troisième chapitre. Pour surmonter le biais de confusion, les études quasi-expérimentales se concentrent sur des sources spécifiques de variation du traitement. Cela peut alors entraîner une perte de puissance statistique. Les effets publiés peuvent cependant surestimer la taille des vrais effets quand la puissance est faible. A l’aide de simulations sur des fausses données, nous montrons avec Vincent Bagilet que toutes les méthodes d’inférence causale font face à un compromis entre le biais de confusion et l’exagération du vrai effet à cause d’un manque de puissance. Nous expliquons à la fin du chapitre que les calculs de puissance et les analyses de sensibilité pourraient permettre de mieux prendre en compte cette tension
The goal of this thesis is to improve the design of observational studies on the acute health effects of air pollution.In the first chapter jointly written with Anna Alari and Tarik Benmarhnia, we advocate using matching procedures to enhance the design stage of studies exploiting changes in wind directions as instrumental variables. We show that observed confounders are imbalanced across wind directions and that the common support of the data is small. An outcome regression analysis might therefore suffer from interpolation and extrapolation biases. Using a sensitivity analysis, we also provide quantitative evidence that the estimated effects of wind directions on air pollutant concentrations seem robust to the presence of hidden bias. Our approach could be relevant for similar strategies based on binary instruments such as thermal inversions or public transport strikes.In the second chapter co-authored with Marion Leroutier and Marie-Abèle Bind, we study the impact of cruise traffic on air pollution in Marseille. With a pair-matching algorithm designed for time series data, we create hypothetical randomized experiments and estimate the change in air pollution caused by a short-term increase in cruise traffic. We also rely on randomization-inference—a mode of inference which is not based on large-sample approximation and is distribution-free—to compute confidence intervals. We find that cruise vessels’ arrivals increase city-level concentrations of nitrogen dioxide and particulate matter. Our results suggest that well-designed hypothetical randomized experiments provide a principled approach to better understand the negative externalities of maritime traffic.In the third chapter, Vincent Bagilet and I explain that the combination of publication bias for statistically significant results and low statistical power could lead to inflated estimates on the short-term health effects of air pollution. We first gather a unique corpus of estimates and standard errors of all available articles found in the standard epidemiology and economics literatures. Using statistical power calculations, we show that at least half of the literature could have a power below 80% and produce estimates that are two times too large. We then run simulations based on real data to identify which parameters of research designs affect statistical power. We find that the number of exogenous shocks and cases of a health outcome are key drivers of power. These results matter since many studies exploit rare exogenous shocks and focus on subgroups such as children and the elderly. At the end of the paper, we provide several recommendations to take into account this highly important but overlooked issue.The fourth chapter is an extension and generalization of the third chapter. To avoid confounding, quasi-experimental studies focus on specific sources of treatment variation. This could lead to a reduction in statistical power. Yet, published estimates can overestimate true effects sizes when power is low. Using fake data simulations, Vincent Bagilet and I show that for all causal inference methods, there could be a trade-off between confounding and exaggerating true effect sizes due to a loss in power. We discuss how power calculations and sensitivity analysis could help take this trade-off into account

Introduction. L’Enquête Littoral Souffle Air Biologie Environnement (ELISABET) a pour objectif général l’étude de la santé respiratoire et cardiovasculaire dans les communautés urbaines de Lille (CUDL) et Dunkerque (CUD). Les objectifs spécifiques de cette thèse sont d’étudier : (i) la prévalence et le sous-diagnostic des troubles ventilatoires obstructifs (TVO), (ii) l’évolution de la prévalence des principaux facteurs de risque cardiovasculaire (FDRCV) dans la CUDL entre 1986 et 2013, (iii) les interactions entre deux biomarqueurs de l’asthme (fraction exhalée du monoxyde d’azote (FENO) et taux d’éosinophiles sanguin (S-eos)) et le statut tabagique, (iv) le rôle de médiateur de l’inflammation chronique de bas-grade dans la relation entre diabète et baisse de la fonction pulmonaire, et (v) l’impact à court terme de la pollution atmosphérique sur la fonction respiratoire.Méthodes. Les 3276 participants (âgés de 40 à 65 ans) à l’enquête transversale en ELISABET ont été sélectionnés à partir de listes électorales par échantillonnage aléatoire et inclus entre janvier 2011 et novembre 2013. Un questionnaire détaillé, des explorations fonctionnelles respiratoires et un prélèvement sanguin ont été effectués. (i) Les TVO ont été définis par un rapport du volume expiratoire maximal à la première seconde (VEMS) sur la capacité vitale forcée (CVF) inférieur à 0.70 ou à la limite inférieure de la normale calculée à partir des dernières équations de référence disponibles. (ii) La prévalence des principaux FDRCV a été estimée à partir d’échantillons représentatifs de la population de la CUDL issus des enquêtes MONICA1986-88, MONICA1995-96, MONALISA2005-07 et ELISABET2011-13. (iii) L’asthme allergique a été défini comme un asthme (auto-déclaration, et sifflements dans la poitrine dans les 12 derniers mois ou prise de traitement) avec terrain atopique. (iv) Le diabète était défini par la prise d’un traitement antidiabétique ou une glycémie à jeun ≥ 1.26 g/L ou des valeurs d’hémoglobine A1c ≥ 6.5%. L’inflammation chronique a été mesurée par la Protéine C réactive ultra-sensible (CRPus). Une analyse de médiation a été conduite sur un échantillon de sujets sans pathologie respiratoire ou athérosclérotique. (v) Les valeurs des particules inférieures à 10 µm (PM10) et du dioxyde d'azote (NO2) ont été fournies par les stations de mesures ATMO des CUDL et CUD.Principaux résultats. (i) La prévalence des TVO s’étendait de 9.5% à 16% (dépendant du centre et de la définition utilisée) ; le taux de sous-diagnostic était élevé (environ 75 %). (ii) La prévalence des principaux FDRCV diminuait régulièrement sur une période de 25 ans, à l'exception de l'usage du tabac chez les femmes, du diabète chez les hommes (tous deux stables) et de la surcharge pondérale chez les hommes (augmentée). (iii) Une interaction positive entre le statut tabagique et l'asthme allergique a été observée dans les modèles expliquant le FENO (p = 0,003) et les S-eos (p = 0,001). Ainsi, les participants souffrant d'asthme allergique avaient (comparés à ceux n’en souffrant pas) des valeurs plus élevées de FENO (+ 63,4 %, IC95% = [39; 92]) et de S-eos (+ 63,2 % [38,2; 92,7]) chez les non-fumeurs, mais pas chez les fumeurs actuels. (iv) Le diabète était associé à une diminution des pourcentages prédits du VEMS (-3.5% [-5.8; -1.3]) et de la CVF (-3.6% [-5.9; -1.3]). La force de ces associations diminuait (-3.1% [-5.4; -0.9] pour les deux) après ajustement sur la CRPus. Ainsi, la part médiée de la CRPus valait 12% [2.4; 37] et 13% [3.7; 39.4] pour le VEMS et la CVF, respectivement. (v) Les mesures de PM10 et NO2 semblaient associées à une diminution du débit expiratoire maximal à 25 % de la CVF (résultat préliminaire).Conclusion. Les données de l’enquête ELISABET ont permis l’étude de la prévalence des TVO et des principaux FDRCV au sein de notre population d’étude. Elles ont également permis d’obtenir des résultats originaux à partir d’études cliniques et physiopathologiques
Introduction. The general goal of the ELISABET (Enquête Littoral Souffle Air Biologie Environnement) survey is to study the respiratory and cardiovascular health in two urban areas in northern France (Lille and Dunkirk). The specific objectives of this thesis are to study: (i) the prevalence and underdiagnosis of airway obstruction (AO), (ii) long-term time trends in the prevalence of cardiovascular risk factors between 1986 and 2013 in the Lille urban area, (iii) the relationships between both the fractional exhaled nitric oxide (FENO) and the blood eosinophil count (B-eos) on one hand and asthma and atopy on the other, according to smoking status, (iv) whether low-grade systemic inflammation (as measured by the level of high sensitivity-C-reactive protein, hs-CRP) mediated the relationship between diabetes and lung function, and (v) the short-term impact of atmospheric pollution on lung function.Methods. The 3276 participants (aged from 40 to 64) in the 2011-2013 ELISABET cross-sectional survey were selected from electoral rolls by random sampling, and recruited between January 2011 and November 2013. A detailed questionnaire, lung function tests, and a blood sample collection were performed. (i) AO was defined by a forced expiratory volume in the first second (FEV1) to forced vital capacity (FVC) ratio below 0.70 or below the lower limit of normal calculated by the most recent reference equations of the Global Lung Initiative. (ii) The prevalence of the main cardiovascular risk factors was estimated from representative samples inhabitants of Lille urban area from MONICA1986-88, MONICA1995-96, MONALISA2005-07 and ELISABET2011-13 surveys. (iii) Allergic asthma was defined as asthma (a self-report of physician-diagnosed asthma, and wheezing in the previous 12 months or the use of asthma medications) with atopy. (iv) Diabetes mellitus was defined as ongoing diabetes treatment or a fasting blood glucose level ≥1.26 g/L or a hemoglobin A1c value ≥6.5%. A mediation analysis was performed to assess and quantify the hs-CRP level as a mediator of the relationship between diabetes and lung function from a sample of participants without self-reported pulmonary and atherosclerotic disease. (v) Measurements of particles less than 10 mm in diameter (PM10) and nitrogen dioxide (NO2) were provided by measuring stations ATMO in the two urban areas.Main results. (i) The prevalence of AO in northern France ranged from 9.5 to 16.0%, depending on the centre and definition used; the underdiagnosis rate was high (around 75%). (ii) A steady decline in the prevalence of cardiovascular risk factors over a 25-year period was observed, with the exception of tobacco use in women, prevalence of diabetes in men (both of which remained stable) and prevalence of overweight in men (which increased). (iii) A positive interaction between smoking status and allergic asthma was observed in multivariate models explaining FENO (p=0.003) and B-eos (p=0.001). Thus, compared to those without allergic asthma, participants with allergic asthma had higher FENO values (+63.4%, 95%CI=[39; 92]) and higher B-eos (+63.2% [38.2; 92.7]) in never and former smokers, but not in current smokers. (iv) Diabetes was associated with FEV1 (-3.5% [-5.8; -1.3]) and FVC (-3.6% [-5.9; -1.3]). Strength of both latter associations fell to -3.1% [-5.4; -0.9] after adjustment for hs-CRP. Hence, the proportion of the effect that is mediated by hs-CRP was 12% [2.4; 37] and 13% [3.7; 39.4] for FEV1 and FVC, respectively. (v) Measurements of PM10 and NO2 seemed to be associated with lower values of the expiratory flow at 25% of the FVC (preliminary result).Conclusion. Data from the ELISABET survey have allowed the study of the prevalence of AO and the main cardiovascular risk factors in our population. They also allowed obtaining original results from clinical and pathophysiological studies

Nous avons travaillé sur l'un des axes de recherche les plus importants de la ville intelligente, à savoir les systèmes de transport intelligents (STI). Les ITS englobent plusieurs domaines, tels que les systèmes de notification électronique des véhicules, les informations sur le trafic, le stationnement intelligent et l'environnement. Cependant, dans cette thèse, nous ciblons deux de ses domaines importants : i) le stationnement intelligent et ii) le trafic routier. Nous avons commencé notre recherche par le cas d'utilisation du stationnement intelligent. En effectuant une revue de la littérature, nous avons réalisé que différentes approches de Machine Learning (ML) et de Deep Learning (DL) ont été utilisées pour des solutions de stationnement intelligent. Dans la plupart de ces approches proposées, les zones de stationnement fermées ont été ciblées avec différents ensembles de caractéristiques pour prédire le "taux d'occupation" dans les zones de stationnement. Cela nous a incités à effectuer une analyse comparative pour répondre aux questions suivantes : compte tenu du cas d'utilisation de la prédiction de stationnement, comment les modèles ML traditionnels se comportent-ils par rapport aux modèles DL complexes ? Avec des données volumineuses, les modèles ML traditionnels moins complexes peuvent-ils surpasser les modèles DL complexes ? Quelle est la performance de ces modèles pour prédire la disponibilité des places de stationnement individuelles dans la rue plutôt que de prédire le taux d'occupation global d'une zone de stationnement fermée. Pour répondre à ces questions, nous avons choisi cinq algorithmes ML classiques bien connus (K-Nearest Neighbours, Random Forest, Decision Tree) et un algorithme DL (Multilayer Perceptron). Pour approfondir notre étude, nous formons un modèle d'apprentissage d'ensemble, dans lequel nous combinons tous les modèles ML et DL susmentionnés. Nous avons utilisé un énorme ensemble de données sur les pa rkings de la ville de Santander, en Espagne, qui comprend environ 25 millions d'enregistrements. Nous proposons également de recommander des places de stationnement disponibles en fonction de l'emplacement actuel du conducteur. En poursuivant nos objectifs de recherche, nous avons effectué une revue de la littérature sur le trafic routier et avons constaté que le trafic routier est souvent associé à la pollution atmosphérique et à la pollution sonore. Cependant, à notre connaissance, la pollution atmosphérique et la pollution sonore n'ont jamais été utilisées dans le problème de la prédiction du trafic. Dans cette partie de notre recherche, nous avons d'abord utilisé la pollution de l'air (CO, NO, NO2, NOx, et O3) avec les variables atmosphériques, telles que la vitesse et la direction du vent, la température et la pression pour améliorer la prévision du trafic dans la ville de Madrid. Cette expérience réussie nous a incités à étendre notre étude à un autre facteur, qui est égalemen t fortement corrélé au trafic routier, à savoir la pollution sonore. Ainsi, dans le prolongement de nos travaux précédents, nous utilisons dans cette partie de notre recherche la pollution sonore pour améliorer la prévision du trafic dans la ville de Madrid
We worked on one of the most significant research directions in Smart City, i.e., Intelligent Transportation System (ITS). ITS encapsulates several domains, such as electronic vehicles notification systems, traffic information, smart parking, and environment. However, in this thesis, we target two of its important domains; i) Smart Parking, and ii) Road Traffic. We started our research with Smart Parking use case. Performing literature review, we realized that different Machine Learning (ML) and Deep Learning (DL) approaches have been used for smart parking solutions. In most of these proposed approaches, enclosed parking areas were targeted with different feature sets to predict the "occupancy rate" in parking areas. It inspired us to conduct a comparative analysis to answer following questions; Given the parking prediction use case, how do the traditional ML models perform as compared to complex DL models? Provided big data, can less complex, traditional ML models outperform complex DL models? How well these models can perform to predict the availability of the individual on-street parking spots rather than predicting the overall occupancy rate of an enclosed parking area. To answer these questions, we choose five well-known classical ML algorithms (K-Nearest Neighbours, Random Forest, Decision Tree) and DL algorithm (Multilayer Perceptron). To take our investigation into depth, we train Ensemble Learning Model, in which we combine all the above-mentioned ML and DL models. A huge parking dataset of city of Santander, Spain, has been used which consists of around 25 million records. We also propose to recommend available parking spots based on the current location of the driver. Moving forward with our research goals, we performed literature review on road traffic and found road traffic associated with air pollution and noise pollution often. However, to the best of our knowledge, air pollution & noise pollution have never been use d in traffic prediction problem. In this part of our research, firstly we used air pollution (CO, NO, NO2, NOx, and O3) along with the atmospheric variables, such as wind speed, wind direction, temperature, and pressure to improve the traffic forecasting in the city of Madrid. This successful experiment motivated us to extend our investigation to another factor, which is also strongly correlated with road traffic i.e., noise pollution. Hence, as an extension of our previous work, in this part of our research, we use noise pollution to improve the traffic prediction in the city of Madrid

La grossesse constitue une période de vulnérabilité où la survenue de complications et d’issues défavorables de la grossesse (CIDG) peut avoir des conséquences majeures sur le devenir de la mère et/ou du nouveau-né. De multiples facteurs en sont à l’origine. Cependant, il reste encore une part non expliquée de CIDG, pour laquelle l’environnement est suspecté de jouer un rôle.Ce travail de thèse est inclus dans le programme PreCEE (Pregnancy Combined Environmental Exposure) et a pour objectif d’étudier l’influence des expositions environnementales aux pollutions sonore et atmosphérique sur la survenue de CIDG, plus particulièrement de troubles de la croissance fœtale et de troubles hypertensifs de la grossesse. Ont été incluses toutes les grossesses de femmes majeures résidant à Besançon ou dans l’unité urbaine de Dijon et ayant accouché au CHU de Besançon ou au CHU Dijon-Bourgogne entre 2005 et 2009, soit plus de 10 000 grossesses. Les caractéristiques socio-démographiques, médicales et médico-obstétricales ont été recueillies à partir des dossiers obstétricaux informatisés et papier. Les niveaux d’exposition au bruit et à la pollution atmosphérique (dioxyde d’azote (NO2) et particules fines (PM10)) ont été modélisés au domicile de la mère selon des fenêtres spatiales et temporelles différentes.Les résultats montrent que l’exposition au bruit n’est pas associée à la survenue de troubles hypertensifs de la grossesse ou de troubles de la croissance foetale, chez les grossesses uniques. L’exposition aux PM10 est associée à la survenue de troubles de la croissance fœtale chez les grossesses uniques. Cette association n’est pas modifiée par la prise en compte de l’exposition au bruit. Enfin, chez les grossesses multiples, l’exposition au NO2 est associée à la survenue de troubles de la croissance fœtale
Pregnancy is a period of vulnerability where the occurrence of adverse pregnancy outcomes (APO) can have major consequences on the future of the mother and/or the newborn. Multiple factors are responsible for this. However, there is still an unexplained part of APO, for which the environment is suspected to play a role.This PhD thesis is included in the PreCEE (Pregnancy Combined Environmental Exposure) program and aimed to study the influence of environmental exposures to noise and air pollution on the occurrence of APO, more particularly on fetal growth disorders and hypertensive disorders of pregnancy (HDP). All pregnancies of adult women living in Besançon or in the urban unit of Dijon and who gave birth to the Besançon University Hospital or the Dijon-Burgundy University Hospital between 2005 and 2009 were included, i.e. more than 10,000 pregnancies. The socio-demographic, medical and medico-obstetrical characteristics were collected from computerized and paper obstetric records. The levels of exposure to noise and air pollution (nitrogen dioxide (NO2) and fine particles (PM10)) were modeled at the mother's home according to several spatial and temporal windows.Results show that noise exposure is not associated with the occurrence of HDP or fetal growth disorders in single pregnancies. Exposure to PM10 is associated with fetal growth disorders. This association is not changed by taking noise exposure into account. Finally, in multiple pregnancies, exposure to NO2 is associated with fetal growth disorders

La composition chimique atmosphérique dépend principalement des émissions de polluants, de leurs précurseurs et de la météorologie. Les stratégies de gestion de la qualité de l’air ambitionnent des réductions substantielles d’émissions à long terme. Mais il est légitime d’évaluer si l’impact du changement climatique pourrait compenser ces efforts.Afin de répondre à cette problématique, on a recours à la modélisation qui permet de faire des projections à long terme, sous différents scénarios de sensibilité pour isoler les principaux facteurs. Se pose alors le problème des incertitudes dans la modélisation. L’approche privilégié pour les études d’impact du climat est la modélisation ensembliste. Cependant du fait de l'important coût de calcul, on constate qu’aucune étude passée d’impact du climat sur la qualité de l’air ne repose sur un ensemble large de projections climatiques. C’est pourquoi, nous avons développé une méthode statistique alternative, entraînée sur des grands ensembles de simulation, pour caractériser l'impact des émissions et de la météorologie sur la qualité de l'air dans un contexte de changement climatique.Nous avons montré qu'un modèle statistique permettait d'obtenir des réponses sur l'impact du climat sans forcément avoir à réaliser explicitement des modélisations d'ensemble. La méthode développée donne des résultats avec une incertitude faible sur le long terme, même si nous avons montré ses limites lorsqu'il s'agit de traiter des cas de pollution extrêmes.Afin de quantifier l'erreur induite par les données climatiques des modèles actuellement conservées de manière partielle, nous avons réalisé une étude de sensibilité à la résolution verticale des modèles climatiques régionaux. Nous avons montré qu'un minimum de dix niveaux verticaux, ainsi que des variables supplémentaires à l'existant étaient indispensables si l'on voulait que l'erreur de simulation reste inférieure au signal climatique étudié.Enfin, nous avons utilisé le modèle statistique pour confronter l’impact du changement climatique aux réductions d'émissions anthropiques attendues à l’avenir. Les résultats ont permis de mettre en évidence que le bénéfice climatique pour les particules fines, PM2.5, était du même ordre de grandeur que les baisses réalisées dans le secteur le plus influent de chaque pays étudié. Ces baisses d'émissions vont donc être renforcées par le changement climatique. Au contraire, pour le SOMO35, la pénalité climatique va contrebalancer les efforts de réductions d'émissions réalisés entre 2050 et 2010. Pour les pays analysés, on peut estimer la date approximative de l’émergence du signal induit par le changement climatique malgré la réduction des émissions attendue dans la législation actuelle
The atmospheric composition is mainly driven by the emission of primary pollutants and precursors and meteorology. Because of its sensitivity to unfavorable weather patterns, air pollution is expected to be sensitive to climate change. That is why the aim of this work is to estimate the effect of climate change over air pollution in Europe at the end of the century. To achieve this we rely on modeling which allow to cover such timescales. To reduce uncertainties and quantify the effect of climate change on air quality, ensemble approaches should be applied. However, the computing cost of such methods is substantial. To overcome this issue we developed a statistical method which does not require forcing a chemistry and transport model with a large ensemble of climate projections. The results obtained with this statistical method are in good agreement with full chemistry-transport models when considering long time periods. But we point out the limits of the method when focusing on extreme pollution events. The statistical model can be used to assess the uncertainty of using a comprehensive ensemble of climate forcing in terms of air quality impacts. The statistical approach can also help identifying a subset of climate forcing that should be explored in priority to drive chemistry-transport models.Such a subset of climate models is however only available at a degraded vertical resolution on existing databases such as EuroCordex. To quantify the error induced when using a meteorological variables only saved for a few vertical levels, a sensitivity study focused on the impact of the vertical resolution of the meteorological data has been perfomed. We emphasized that a minimum of 10 vertical levels and some specific variables were required to study the impact of climate change on air quality to keep the error lower than the climate change signal.Finally, we use the statistical method to compare the climate change effect and the future emissions reduction impact estimated also with a surrogate model. We exhibit that the magnitude of climate benefit for PM2.5 will be comparable to the emissions reductions of the dominant sector in each country studied. These emissions decreases will therefore be reinforced the climate change. On the opposite, for SOMO35, the climate penalty will jeopardize the emission reductions between 2010 and 2050. We also evaluate that climate change will become more important than the expected reduction emissions signal

La pollution atmosphérique et les évènements météorologiques sont reconnus pour avoir des graves conséquences sur la santé telles que la mortalité cardiovasculaire et respiratoire, et par conséquent représentent un enjeu majeur de santé publique. Des travaux plus récents ont suggéré un effet des expositions à ces facteurs environnementaux durant la période intra-utérine. La vie fœtale est déterminante pour le bon développement de l’enfant. L’exposition maternelle aux facteurs environnementaux pendant la grossesse pourrait avoir des conséquences sur les issues de grossesse et la santé à court ou long terme. Par ailleurs, les mécanismes biologiques qui pourraient expliquer l’effet des expositions environnementales sur les issues de grossesse indésirables sont à l’heure actuelle très peu connus. Les objectifs de la thèse étaient : 1) d’étudier les associations entre d’une part la température et l’humidité relative pendant la grossesse et d’autre part le poids de naissance, la durée de gestation et la prématurité ; 2) d’étudier les associations entre l’exposition maternelle aux polluant de l’air et aux évènements météorologiques pendant la grossesse et la méthylation de l’ADN placentaire en utilisant A) une approche agnostique et B) une approche avec a priori basée sur l’intégration de connaissances biologiques. Le premier objectif s’est appuyé les données issues de deux cohortes mère-enfant, EDEN (avec un recrutement à Poitiers et Nancy en 2003-2006) et PELAGIE (Bretagne, 2002-2006) soit au total 5185 couples mère-enfant ; le deuxième objectif s’est appuyé sur un échantillon de 668 femmes de la cohorte EDEN chez qui le placenta a été prélevé et le niveau de méthylation de son ADN caractérisé. Les données quotidiennes de température et d’humidité ont été obtenues de Météo-France et l’exposition à la pollution atmosphérique a été estimée par un modèle de dispersion atmosphérique. Différentes fenêtres d’exposition au cours de la grossesse ont été considérées. Des échantillons de placenta centraux ont été collectés à l’accouchement et la méthylation de l’ADN a été analysée en utilisant la puce Illumina 450K. Pour répondre au premier objectif, des modèles de régression linéaire et des modèles de Cox ont été réalisés. Pour répondre au second objectif, des modèles de régression linéaire robuste, notamment à l’échelle du génome entier, ont été réalisés en appliquant des méthodes de correction de tests multiples telles que Bonferroni et Benjamini-Hochberg. Nos résultats suggèrent un effet délétère de la température et l’humidité sur le poids de naissance et ne mettent pas en évidence d’association entre pollution atmosphérique et issues de grossesse. L’exposition aux polluants atmosphériques (NO2 et PM10) pendant la grossesse était associée à une diminution de la méthylation de l’ADN placentaire pour les gènes ADORA2B et ADARB2 ; le premier gène étant connu pour être potentiellement impliqué dans la pré-éclampsie et l’hypoxie de la femme enceinte et le deuxième étant potentiellement impliqué dans les troubles métaboliques chez l'adulte tels que la circonférence abdominale et l'IMC. Les résultats des approches agnostique et avec a priori étaient cohérents pour le gène ADORA2B. Nous n’avons pas identifié d’association entre les conditions météorologiques et la méthylation de l’ADN placentaire. A notre connaissance, nous sommes les premiers à avoir étudié l’association entre la méthylation de l’ADN dans le tissu placentaire et l’exposition prénatale aux polluants de l’air et aux conditions météorologiques en utilisant des données de l’épigénome entier. Ce travail de thèse ouvre de nouvelles voies possibles concernant les mécanismes d’actions des polluants environnementaux et fournit des pistes quant aux effets à long terme possibles de ces expositions
Nowadays, air pollution and weather conditions represent a major public health issue. It is recognized that they may have serious consequences for health especially in the most sensitive populations such as pregnant women. More recent studies have suggested an effect of exposure to these environmental factors during the fetal period. Fetal life is a critical period for the healthy development of the child. Maternal exposure to environmental exposures during pregnancy could have serious consequences on pregnancy outcomes and short- and long- term health. Furthermore, the biological mechanisms that could explain the effect of environmental exposures on adverse pregnancy outcomes are largely unknown up to now. The objectives of the thesis were: 1) to study the association between maternal exposure to temperature and relative humidity during pregnancy and birth weight, gestational duration and preterm birth; 2) to study the association between maternal exposure to air pollutants and meteorological conditions during pregnancy and placental DNA methylation using A) an agnostic approach and B) a priori approach based on integration of biological knowledge. The first part of this work relied on data from two mother-child cohorts EDEN (Poitiers and Nancy, 2003-2006) and PELAGIE (Britain, 2002-2006) corresponding to 5185 mother-infant pairs analyzed; and the second part relied on a sample of the EDEN cohort for which methylation data were available (n = 668). Daily data of temperature and humidity were obtained from Météo-France and pollution data were obtained using a dispersion model. Their exposure was averaged over different periods during pregnancy. Central placenta samples were collected at delivery and DNA methylation was analyzed using Illumina 450K chip. For the first objective, linear regression models and Cox models were used. For the second objective, robust linear regression models, especially across the genome-wide, were used and correction methods for multiple testing such as Bonferroni and Benjamini-Hochberg were applied. Our results suggest a deleterious effect of temperature and relative humidity on birth weight and did not show an association between air pollution and pregnancy outcomes. Exposure to air pollutants (NO2 and PM10) during pregnancy was associated with a decrease in placental DNA methylation for ADORA2B and ADARB2 genes; the first gene is known to be potentially involved in preeclampsia and hypoxia of the pregnant woman and the second being potentially involved in metabolic disorders in adults such as abdominal circumference and BMI. The results of agnostic and a priori approaches were consistent for ADORA2B gene. We did not found association between weather conditions and placental DNA methylation. To our knowledge, we are the first to study the association between DNA methylation in the placental tissue and prenatal exposure to air pollutants and weather conditions using data from the entire epigenome. This work opens up new possible pathways regarding mechanisms of action of environmental pollutants and provides pointers as to the possible long-term effects of these exposures

Les inégalités sociales de santé (ISS) sont solidement établies. Parmi les facteurs susceptibles de les expliquer figurent les expositions environnementales, notamment la pollution atmosphérique (PA). L'objectif de cette thèse était d'explorer la contribution de la PA aux ISS (infarctus du myocarde (IM) en avançant dans la compréhension des mécanismes impliqués. Cette étude a été conduite à Strasbourg à l'échelle du quartier de résidence. Les IM (35-74 ans) survenus entre 2000 et 2003 ont été recueillis auprès du registre bas-rhinois des cardiopathies ischémiques. Les concentrations de NO2, PM10, O3 et CO ont été modélisés par quartier via le modèle ADMS Urban. Le niveau socio-économique des quartiers a été éstimé via un indice de défaveur. Nous avons démontré l'existence sur Strasbourg : 1)d'inégalités environnementales : 2)d'ISS chez les deux sexes ; 3) d'un effet plus élevé de la PA chez les individus vivant dans les quartiers défavorisés, en particulier les femmes de 55 à 74 ans.

Les éleveurs laitiers-bovins présentent une incidence plus élevée de symptômes respiratoires et de maladies broncho-pulmonaires que la population générale. Un facteur de risque important serait l’exposition professionnelle à divers aéro-contaminants d’origine biologique et chimique. Les déterminants professionnels de ces expositions et les effets biologiques des contaminants inhalés de manière répétée restent cependant mal connus. Dans ce contexte, les travaux réalisés au cours de cette thèse avaient pour objectifs i) de rechercher les déterminants professionnels de l’exposition aux bio-aérosols thoraciques (poussières organiques, endotoxines, bactéries et moisissures), à l’ammoniac et à l’acétaldéhyde, et ii) de caractériser les effets pro-inflammatoires des poussières thoraciques émises lors de la tâche de paillage mécanisé qui est connue pour induire une forte exposition aux bio-aérosols. Pour atteindre ces objectifs, nous avons réalisé une campagne de 112 mesures individuelles répétées dans 29 exploitations laitières d’élevage bovin localisées en Bretagne. Par l’utilisation de modèles multivariés à effets mixtes, nous montrons que l’exposition aux bio-aérosols est majoritairement induite par l’exécution de tâches liées à la distribution de litières et d’aliments (paille, foin, ensilage). L’exposition à l’ammoniac est fortement dépendante du nombre de vaches présentes dans l’exploitation et des temps passés en stabulation et en salle de traite. L’exposition à l’acétaldéhyde est dépendante de la taille de l’exploitation et des tâches liées à la distribution d’ensilage. Nos travaux soulignent également qu’une augmentation de la surface des ouvertures de la stabulation est associée à une réduction significative de l’exposition aux moisissures, à l’ammoniac et à l’acétaldéhyde. Enfin, notre étude montre que les poussières émises lors du paillage mécanisé ont (1) une taille leur permettant de se déposer majoritairement dans les régions trachéo-bronchiques, (2) une composition bactériologique et fongique complexe et (3) in vitro des effets pro-inflammatoires puissants induisant l’expression de TNF-α, d’IL-1β, d’IL-6 et d’IL-8 dans des macrophages humains. Au total, ces travaux de thèse ont permis d’identifier des activités professionnelles et des caractéristiques d’exploitations augmentant significativement les niveaux d’expositions des éleveurs laitiers-bovins à des contaminants chimiques et à des poussières organiques pouvant théoriquement se déposer dans les tissus bronchiques où sont censées se développer différentes maladies broncho-pulmonaires. Les modèles statistiques développés au cours de la thèse permettent dès à présent la reconstitution des expositions des éleveurs et pourront être utilisés dans de futures études épidémiologiques et dans l’élaboration de programmes de prévention
Dairy farmers have an increased risk of lower airway diseases that is likely related to occupational exposures to airborne contaminants. Nevertheless, occupational determinants of dairy farmers’ exposures remain poorly documented and the biological effects of the contaminants chronically inhaled by farmers need to be fully characterized. In this context, the objectives of this PhD thesis were i) to identify the occupational determinants of exposure to thoracic bio-aerosols (organic dusts, endotoxins, bacteria and moulds), ammonia and acetaldehyde, and ii) to characterize the pro-inflammatory effects of thoracic dusts emitted during the mechanical spreading of straw bedding, a task well-known to generate inhalable dusts. To achieve these goals, we carried out a 112-repeated exposure measurement campaign on 29 dairy farms located in Britany. Using multivariate mixed-effect regression models, we have demonstrated that farmers’ exposures to bio-aerosols were mainly induced by tasks related to bedding material distribution and cow feeding (straw, hay, silage). Exposure levels to ammonia were highly dependent on cow numbers and times spent by the farmers in stable and milking parlour. Acetaldehyde exposure was modulated according to the farm size and times spent to distribute silage. Our work also highlighted that an increase of the area of wall opening significantly reduced exposure to mould, acetaldehyde and ammonia. Finally, our study showed that dusts emitted during mechanical straw spreading have (1) a size small enough to allow them to deposit in the tracheobronchial regions, (2) a complex bacterial and fungal composition, and (3) strong in vitro pro-inflammatory effects that induced TNF-α, IL-1β, IL-6 and IL-8 expression in human macrophages. In conclusion, these results have identified different dairy farm characteristics and occupational tasks that significantly increased the exposure levels to chemical contaminants and thoracic organic dusts. Statistical models built during this research project already allow reconstitution of dairy farmers’ exposure that may of use in future epidemiological studies and to develop new preventive measures

Le constat des inégalités sociales de santé est aujourd'hui solidement établi dans la majorité des pays industrialisés. Parmi les facteurs susceptibles d'expliquer une partie de ces inégalités ont été avancées les expositions environnementales, notamment celles à la pollution atmosphérique. En effet, les populations socio-économiquement défavorisées peuvent être à la fois plus exposées à la pollution atmosphérique et plus sensibles aux effets sanitaires en résultant. L'objectif de cette thèse était d'explorer la contribution de la pollution atmosphérique aux inégalités sociales de santé, en avançant dans la compréhension des mécanismes en jeu. Dans ce contexte, nous avons choisi de nous intéresser à l'association à court terme entre la pollution atmosphérique et la survenue de l'infarctus du myocarde et d'investiguer cette relation par une approche écologique.
Cette étude a été conduite dans la Communauté Urbaine de Strasbourg (CUS, Bas-Rhin) à l'échelle du quartier de résidence (IRIS). Les infarctus du myocarde survenus parmi la population âgée de 35 à 74 ans entre le 1er janvier 2000 et le 31 décembre 2003 (n = 1193) ont été recueillis auprès du registre bas-rhinois des cardiopathies ischémiques. Les concentrations horaires de pollution atmosphérique (NO2, PM10, O3 et CO) ont été modélisées par IRIS à l'aide du modèle ADMS Urban. Le niveau socio-économique des IRIS a été estimé à l'aide d'un indice de défaveur construit par analyse en composantes principales à partir des données du recensement.
Nous avons tout d'abord cherché à évaluer le degré d'injustice environnementale qui prévalait sur notre zone d'étude afin de vérifier l'hypothèse d'un différentiel d'exposition à la pollution atmosphérique selon le niveau socio-économique des IRIS. Notre analyse de régression spatiale a démontré l'existence d'inégalités socio-économiques dans l'exposition à la pollution atmosphérique ; les quartiers de défaveur moyenne, localisés aux abords des principales infrastructures routières entourant le centre urbain, étaient les plus exposés à la pollution liée au trafic.
Nous nous sommes ensuite intéressés à examiner l'association entre le niveau socio-économique des IRIS et la survenue de l'infarctus du myocarde afin de vérifier l'hypothèse d'inégalités sociales de santé sur notre zone d'étude. Notre analyse bayésienne a montré l'existence de forts gradients socio-économiques du risque d'infarctus du myocarde chez les hommes et les femmes et mis en exergue une vulnérabilité particulière des femmes vivant dans les quartiers les plus défavorisés.
Nous avons finalement exploré la contribution de la pollution atmosphérique aux inégalités sociales de santé en examinant si le niveau socio-économique des IRIS modifiait les effets de la pollution atmosphérique sur le risque d'infarctus du myocarde. Notre analyse cas-croisés a révélé un effet plus élevé de la pollution particulaire chez les individus vivant dans les quartiers défavorisés, en particulier les femmes âgées de 55 à 74 ans. Ces résultats, au vu de ceux précédemment rapportés, semblent s'expliquer davantage par un différentiel de sensibilité que par un différentiel d'exposition. La recherche des mécanismes responsables de cette sensibilité exacerbée nécessite d'être poursuivie dans de futurs travaux afin que des actions de santé publique efficaces puissent être mises en œuvre pour protéger ces populations vulnérables.

La sclérose en plaques (SEP) est une maladie neuro-inflammatoire du système nerveux central. Les causes sont multifactorielles impliquant à la fois une prédisposition génétique et l'influence de facteurs environnementaux. Dans environ 85% des cas, les patients sont atteints de poussées correspondants à la survenue de signes neurologiques, suivis d'une phase de rémission partielle ou totale. De nombreux travaux avancent l'hypothèse selon laquelle le taux de poussées varie au gré des saisons, survenant plus fréquemment au printemps et en été. Cette fluctuation temporelle a soulevé la question de l'influence de paramètres dépendants de la saison tels que l'ensoleillement et le statut en vitamine D, le niveau de mélatonine ou encore la pollution atmosphérique. Etant donné cette variation de la pollution de l'air, nous avons cherché à explorer l'impact à court terme des particules fines (PM10), benzène (C6H6), dioxyde d'azote (NO2), monoxyde de carbone (CO) et de l'ozone troposphérique (O3), sur le risque de déclenchement de poussée, indépendamment des saisons "chaude" (1er avril au 30 septembre) et "froide" (1er octobre au 31 mars). Ce travail s'est appuyé sur les données de patients issus du réseau ville-hôpital alSacEP. Nous avons sélectionné 424 patients atteints de SEP à début rémittent et ayant connu un total de 1 783 poussées (2000-2009). Les niveaux journaliers de pollution, produits grâce au modèle physique déterministe ADMS-Urban, ont été modélisés sur une base horaire pour chaque IRIS de la communauté urbaine de Strasbourg par l'actuelle AASQUA ATMO Grand Est. De plus, une enquête individuelle menée dans le cadre de cette étude auprès de l'ensemble des patients (PT) a permis de collecter (par questionnaire téléphonique ou auto-questionnaire sur internet) des informations personnelles socio-économiques (SES) et du mode de vie pour 188 d'entre eux (PS). Enfin, le niveau SES des IRIS a été estimé à l’aide d’un indice de défaveur social - construit à partir des données du recensement de l’INSEE. Nous avons observé une influence saisonnière délétère à court terme de la pollution (3 jours précédant la poussée) sur le risque de poussée en PT, notamment de l'O3 en saison "chaude" et des PM10 et NO2 en saison "froide". Nos résultats suggèrent également que le contexte SES puisse exacerber ces associations, notamment chez les patients résidant dans les quartiers défavorisés lors d'exposition aux PM10, NO2, C6H6 et CO ("froide") et ceux résidant dans les quartiers favorisés et défavorisés lors de l'exposition à l'O3 ("chaude"). Enfin, nous avons observé chez la PS que le niveau d'éducation faible, le revenu familial moyen, la consommation de cigarette et le manque d'activité physique régulière sont les catégories SES et du mode de vie les plus associées avec le risque de poussée lors de l'exposition à la pollution de l'air. Ce travail montre la nécessité d'étudier les expositions environnementales au cours de la SEP selon une approche holistique intégrant des facteurs individuels et contextuels
Multiple sclerosis (MS) is a neuro-inflammatory disease of the central nervous system (CNS). Causes are multifactorial enrolling both genetic predisposition and influence of environmental factors. In 85% of cases, patients experience relapse corresponding to the occurrence of neurologic signs, followed by a phase of partial or total remission. Several studies put forth the hypothesis that relapses rate varies across season, mainly occurring during spring and summer. This temporal fluctuation raised the question of season-dependent parameters influence such as sunlight exposure and vitamin D, melatonin level or ambient air pollution. Considering this variation of air pollution, we explored the short-term impact of fine particles (PM10), benzene (C6H6), nitrogen dioxide (NO2), carbon monoxide (CO) and ground-level ozone (O3), on the risk of relapse triggering, separately for "cold" (i.e., October-March) and "hot" (April-September) season. This work has drawn from data of patients provided by the alSacEP network. We included 424 patients affected with remitting MS onset who experienced 1,783 relapses over the 2000-2009 period. Daily level of air pollution was modeled through ADMS-Urban software at the census block scale of the Strasbourg metropolitan area (AASQA ATMO Grand Est). Furthermore, an individual survey was conducted among all the patients (PT) in order to collect individual socioeconomic (SES) and lifestyle features. Finally, the census block SES position was estimated using a composite deprivation index - created from the INSEE census data. A short-term (3 days preceding the relapse) seasonal adverse effect was observed in PT, in particular during exposure to O3 in "hot" season and PM10 and NO2 in "cold" season. Results also suggest that the SES context might exacerbate these associations, in particular among patients who were living in deprived neighborhood with exposure to PM10, NO2, C6H6 and CO ("cold) and those who were living in most well-of and deprived places with exposure to O3 ("hot"). Finally, we observed among Ps that low education level, average family income, smoking and lack of physical activity are more associated with the risk of relapse triggering when patients were exposed to air pollution. This work shows the need to investigate environmental exposure such as air pollution along the SEP course using a holistic approach integrating individual and contextual factors

La pollution de l’air contribue à dégrader la qualité de vie et à réduire l’espérance de vie des populations. L’organisation mondiale de la santé estime que la pollution de l’air est responsable de 7 millions de morts par an dans le monde. Elle participe à aggraver les maladies respiratoires, cause des cancers du poumon et des crises cardiaques. La pollution de l’air a donc des conséquences sanitaires importantes sur la vie humaine et la biodiversité. Ces dernières années, des progrès considérables ont été réalisés dans le domaine des microcontrôleurs et des modules de télécommunications. Ces derniers sont de plus efficients énergétiquement, performants, abordables, accessibles et sont responsables de l’émergence des objets connectés. Parallèlement, les récents développements des microsystèmes électromécaniques et des capteurs électrochimiques ont permis la miniaturisation des technologies permettant de mesurer de nombreux paramètres environnementaux dont la qualité de l’air. Ces avancées technologiques ont ainsi permis la conception et la production dans un cadre académique de capteurs de la qualité de l’air, portatifs, connectés, autonomes et en capacité de réaliser des acquisitions à une fréquence temporelle élevée. Jusqu’à récemment, l’un des majeurs freins à la compréhension de l’impact de la pollution de l’air sur la santé fut l’impossibilité de connaître l’exposition réelle des individus durant leur vie quotidienne ; la pollution de l’air est complexe et varie en fonction des habitudes, des activités et environnements empruntés par les individus. Ces capteurs portatifs de la qualité de l’air permettent donc de lever entièrement ce frein ainsi qu’un nombre important de contraintes. Ils sont conçus pour être utilisables en mobilité, sur de longues périodes et produisent des données granulaires, immédiatement disponibles, décrivant l’exposition à la pollution de l’air du porteur. Bien que les modules de mesure embarqués dans ces capteurs ne soient aujourd’hui pas aussi performants que les instruments de références ou la télédétection, lorsqu’il s’agit d’évaluer l’exposition individuelle à la pollution de l’air, parce qu'ils sont au plus proche des individus, ils permettent d’obtenir l’information la plus fidèle et constituent donc un outil indispensable pour l’avenir de la recherche épidémiologique. Dans ce contexte, nous avons participé au développement et à l’amélioration de deux capteurs de la qualité de l’air ; le CANARIN II et le CANARIN nano. Le CANARIN II est un capteur connecté communiquant par Wi-Fi, qui rapporte les concentrations de particules de diamètre 10, 2.5 et 1 micromètre, ainsi que les paramètres environnementaux de température, humidité et pression, chaque minute et les rend disponible en temps réel. Le CANARIN nano est, quant à lui, un capteur de plus petite taille, possédant les mêmes capacités que le CANARIN II, tout en faisant additionnellement l’acquisition des composés organiques volatils. Il est en capacité de fonctionner de manière autonome, puisque communiquant par réseau cellulaire. Deux types de résultats ont été obtenus avec les capteurs CANARIN ; d’une part, des résultats produits à partir de leur utilisation dans des conditions de vie réelle, d'autre part, des résultats en lien avec l'interprétation et la compréhension des mesures produites par les capteurs de particules dont les CANARINs sont équipés. Ces deux capteurs furent ainsi tous deux exploités par deux projets de recherche, au sein desquels nous avons accompagné le déploiement de plusieurs flottes de capteurs hétérogènes et réalisé l’analyse des données acquises. [...]
Air pollution contributes to the degradation of the quality of life and the reduction of life expectancy of the populations. The World Health Organization estimates that air pollution is responsible for 7 million deaths per year worldwide. It contributes to the aggravation of respiratory diseases, causes lung cancer and heart attacks. Air pollution has therefore significant health consequences on human life and biodiversity. Over the last few years, considerable progress has been made in the field of microcontrollers and telecommunications modules. These are more energy efficient, powerful, affordable, accessible, and are responsible for the growth of connected objects. In the meantime, the recent development of microelectromechanical systems and electrochemical sensors has allowed the miniaturization of technologies measuring many environmental parameters including air quality. These technological breakthroughs have enabled the design and production in an academic environment, of portable, connected, autonomous air quality sensors capable of performing acquisitions at a high temporal frequency. Until recently, one of the major obstacles to understanding the impact of air pollution on human health was the inability to track the real exposure of individuals during their daily lives; air pollution is complex, and varies according to the habits, activities and environments in which individuals spend their lives. Portable air quality sensors completely remove this obstacle as well as a number of other important constraints. These are designed to be used in mobility, over long periods of time, and produce immediately available granular data, which describes the exposure to air pollution of the person wearing it. Although the measurement modules embedded in these sensors are not currently as reliable as reference tools or remote sensing, when it comes to assessing individual exposure to air pollution, because they are as close as possible to the wearer, they provide the most accurate information, and are therefore an indispensable tool for the future of epidemiological research. In this context, we have been involved in the development and improvement of two air quality sensors; the CANARIN II and the CANARIN nano. The CANARIN II is a connected sensor communicating via Wi-Fi, which reports the concentration of 10, 2.5 and 1 micrometer diameter particles, as well as the environmental parameters of temperature, humidity, and pressure, every minute, making them available in real time. The CANARIN nano is a smaller sensor with the same capabilities of the CANARIN II, while additionally sensing volatile organic compounds levels. The CANARIN nano is able to operate autonomously, as it communicates through the cellular network. Two types of results have been obtained with the CANARIN sensors; on one hand, results produced from their use in real life conditions, and on the other hand, results related to the interpretation and understanding of the measurements produced by the particle sensors. These two sensors were both used in two research projects, in which we have helped deploy several heterogeneous sensor fleets and analyzed the acquired data. Firstly, in the POLLUSCOPE project funded by the French National Research Agency, where 86 volunteers from the general population wore a set of air pollution sensors for a total of 101 weeks, 35 of which the volunteers were also equipped with health sensors. Secondly, in the POLLAR project, where 43 subjects underwent polysomnography and then wore one CANARIN sensor for 10 days, thus allowing for the first time to explore the link between sleep apnea and particulate matter exposure. [...]

L’objectif de ce travail de thèse est d’améliorer l’état de nos connaissances sur les processus de formation et du devenir de l’AOS, en lien avec la réactivité des COVB avec les oxydants de l’atmosphère et en particulier l’ozone, en utilisant le potentiel de l’écosystème landais en tant que source d'AOS biogénique. Pour cela, des campagnes de terrain ont été menées sur un site de mesure en forêt landaise, écosystème particulièrement approprié pour l’étude de la formation et du devenir des AOS. Au cours de ces campagnes, différents paramètres physico-chimiques complémentaires ont été mesurés, tels que les concentrations et les flux de particules, d’oxydants et de COVB. Des épisodes nocturnes de formation de nouvelles particules ont été mis en évidence, ce qui constitue un résultat original car les évènements rapportés jusqu’ici dans la littérature étaient principalement diurnes. La contribution importante de l’ozonolyse des monoterpènes émis par les pins maritimes, dominés par l’α- et le β-pinène, à la formation nocturne de nouvelles particules a également été démontrée. Les mesures de flux de particules réalisées suggèrent que les particules formées au cours de la nuit sont transférées depuis la canopée vers les plus hautes couches de l’atmosphère. Une production d’ozone a également été démontrée par la comparaison des mesures de flux d’ozone à un modèle physique de dépôt. Cette source d’ozone pourrait être liée à la photooxidation des COVB
Forest ecosystems affect air quality and climate, especially through the emissions and the reactions of biogenic volatile organic compounds (BVOCs) with the atmospheric oxidants, known to generate Secondary Organic Aerosols (SOAs). This work aims to improve our knowledge on the processes involved in biogenic SOA formation and fate. Two field campaigns have been conducted in the Landes forest. In a first step, the measurement site was characterized by a statistical study of local meteorological conditions. During these campaigns, complementary physical and chemical measurements have been carried out, implying measurements of fluxes and concentrations of particles, BVOCs and oxidants. The results evidenced nocturnal new particle formation, which is an original result as this process was usually only reported during daytime. The strong contribution of BVOCs (dominated by α- and β-pinene) ozonolysis to nocturnal new particle formation has been demonstated. Particle flux measurements suggested that particles are transfered from the canopy to the higher atmospheric surface layer. The comparison between ozone fluxes and a physical ozone deposition model also highlighted an ozone production source. This ozone production might be related to BVOC photooxidation

La compréhension des mécanismes pilotes de la stabilisation des flammes-jet non-prémélangées constitue un point clé dans la caractérisation des modes opératoires des brûleurs industriels fonctionnant en régime de combustion diluée. Ce travail porte son attention sur l'étude expérimentale de l'influence de la dilution du combustible ou de l'air, sur le processus de décrochage et l'émission des polluants d'une flamme-jet non-prémélangée accrochée au brûleur. L'investigation est menée via un grand nombre d'expériences par combinaison des conditions suivantes : i) dioxyde de carbone (CO2), azote (N2), argon (Ar) et vapeur d'eau (H2Ov), sont utilisés comme diluants ; ii) deux configurations de dilution : dilution de l'air ou dilution du combustible ; iii) un couple de vitesses d'air et de combustible couvrant le domaine d'hystérésis de la flamme dans sa totalité, du régime de jet laminaire à celui de jet turbulent. Ceci permet de discriminer l'influence des effets intrinsèques à la nature du diluant de celle de l'aérodynamique des réactants (combustible et oxydant), dans la stabilité de la flamme accrochée. En particulier, les différences comportementales de la réponse de la flamme à la dilution de l'air ou à celle du combustible, sont analysées. Ces deux configurations de dilution diffèrent par deux effets de mélange, indépendants de la réaction, qui jouent un rôle important dans le cas de la dilution du combustible, mais sont négligeables dans le cas de celle de l'air : i) un effet dû à la modification de la fraction de mélange stœchiométrique. ii) un impact mécanique induit par l'apport de matière (diluants) responsable d'une augmentation de la vitesse des réactants. L'étude se divise en trois principales étapes. D'abord la réponse globale de la flamme à la dilution est étudiée via ses limites de décrochage quantifiées par les fractions molaires critiques des diluants dans l'oxydant ou dans le combustible, mesurées au décrochage. Le nombre de Peclet du combustible, Pef, est identifié comme le nombre adimensionnel qui ordonne ces limites de décrochage de manière homothétique pour tous les diluants. Grâce au comportement homothétique deux coefficients d'affinité, Kd,ox pour le cas de la dilution de l'air et Kd,f pour celle du combustible, sont introduits. Ils sont définis comme le rapport entre la limite de décrochage obtenue avec un diluant et celle obtenue avec le CO2 , à Pef = cste. Ceux-ci permettent l'établissement de deux polynômes génériques décrivant les limites de décrochage pour tous les diluants testés et dans toute la gamme des conditions aérodynamiques étudiées. En effet, Kd,ox et Kd,f englobent l'ensemble des effets physico-chimiques d'un diluant (dilution pure, thermique, propriétés de transport, chimie) et ceux des impacts mécaniques, affectant la stabilité de la flamme. Ils permettent de trouver les lois d'auto-similitude au décrochage pour un diluant chimiquement faible quelconque, à partir des résultats obtenus dans ce travail. Ensuite, une étude locale et détaillée du processus de décrochage induit par la dilution est réalisée. Celui-ci se base sur l'approche du bout propagatif décrivant la stabilité de la flamme accrochée comme résultant d'un équilibre à sa base entre la vitesse de l'écoulement et la vitesse de propagation. Afin de démontrer le lien entre cette approche et la stabilité de la flamme, une analyse approfondie des caractéristiques de sa base (localisation, intensité du radical CH* et champ de vitesses) est réalisée. Les résultats confirment la pertinence de l'approche du bout propagatif, comme mécanisme descriptif de la stabilisation de la flamme accrochée en présence de dilution. Enfin, une étude caractérisant aussi bien l'influence de la nature des diluants que celle de la configuration de dilution choisie (air ou combustible), sur l'émission des polluants (suies, NOx et CO), est présentée
Understanding the main mechanisms piloting non-premixed jet flame stability is an important point in characterizing the operation modes of industrials burners in which dilution is involved. This work puts special emphasis on the experimental study of the influence of air-side and methane-side dilution in the lifting process of attached non-premixed jet flames. The study is based on numerous experiments combining the following conditions : i) carbon dioxide (CO2), nitrogen (N2), argon (Ar) or water vapor (H20v,) used as diluents d ; ii) two diluted configurations : air-side or methane-side dilution ; iii) two air and fuel velocities covering the entire flame hysteresis domain, from the laminar to the turbulent regime. This allows the influence of the intrinsic diluent nature effects to be discriminated from those of the aerodynamics of the reactants (fuel and oxidant), in attached flame stability. In particular, the behavioral differences of the flame response to air-side or to fuel-side dilution are analyzed. These two configurations differ by two mixing effects which are independent of the combustion reaction, and which are significant when the fuel is diluted, but negligible when air is diluted : i) an effect due to the changes in the stoichiometric mixture fraction ; ii) a mechanical impact induced by the addition of matter (diluents) producing an increase in the bulk velocity of the reactants. The study is composed of three parts. First, the global flame response to dilution is analyzed on the basis of the lifting limits defined as the critical molar fractions of the diluents in the fuel or in the oxidant measured at liftoff. The fuel Peclet number, Pef, appears as the dimensionless number which puts these limits in a homothetic order. This homothetic behavior allows the introduction of two affinity parameters, Kd,ox for air-side dilution and Kd,f for fuel-side dilution. They are defined by the ratio of the flame lifting limits calculated with a diluent d and with CO2, at Pef=const. Kd,ox and Kd, allow two generic polynomial laws to be established describing the flame lifting limits for all the diluents and in the whole range of aerodynamic conditions of this study. Indeed, Kd,ox and Kd,f encompass all the diluent effects affecting flame stability (pure dilution, thermal, transport, chemical), to which mechanical impacts are added. These coefficients make it possible to obtain the self-similarity laws of the lifting limits for any chemically-weak diluent, by using the results obtained in this work. Then, a local and detailed study of the flame lifting process induced by dilution is presented. This is based on the flame-leading-edge approach describing flame stability as a result of the balance between the incoming gas velocity of the reactants and the flame propagation velocity at the flame base. In order to show the link between this approach and flame stability, an extensive analysis of the flame-base characteristics (location, CH* emission intensity and velocity field) is carried out. The results attest to the pertinence of the propagative flame-leading-edge, as the mechanism describing the attached flame stability under dilution. Finally, a study concerning the influence of both the diluent nature and the diluted configuration (air or fuel) on pollutant emissions (soot, NOx and CO) is presented

Les populations sont exposées quotidiennement à mélange complexe de polluants de l’air, comme les particules fines, le dioxyde de soufre et le dioxyde d’azote, qui ont été associés à de nombreux effets de santé, notamment d’ordre respiratoire et cardiovasculaire. La répartition des sources émettrices, les caractéristiques du paysage (c.-à-d. le cadre bâti, la topographie) et par conséquent ce mélange et l’exposition des populations varient de manière spatio-temporelle. L’objectif de ce mémoire était de documenter les inégalités sociales d’exposition aux émissions industrielles de polluants de l’air et les effets cardiovasculaires aigus de l’exposition journalière à ces polluants chez des populations vulnérables résidant à proximité de ces sources. Ainsi, à l’aide d’une étude écologique, nous avons analysé les corrélations entre le niveau de défavorisation (quatre indicateurs) de 2189 écoles primaires et secondaires québécoises et leur exposition aux émissions industrielles dans des rayons de 2,5 à 7,5 km. Nos résultats suggèrent des inégalités d’exposition des populations infantiles aux émissions industrielles à l’école, cependant elles n’étaient pas constantes pour les quatre indicateurs. En outre, nous avons analysé, utilisant une étude cas-croisés, le lien entre l’exposition aux polluants industriels estimés à l’aide des émissions et des concentrations de ces polluants, et les décès pour maladies cardiovasculaires chez des personnes âgées résidant dans un rayon de 7,5 km d’une industrie. Aucune association convaincante n’a été notée ; nos résultats étaient très variables ; cela était probablement dû aux limites associées à l’estimation de l’exposition de notre étude. De futures études avec de meilleures estimations d’exposition seront nécessaires pour soutenir ces résultats.
On a daily basis, populations are exposed to a complex mixture of air pollutants such as fine particulate matters, sulphur dioxide and nitrogen dioxide that have been associated with a range of health effects namely respiratory and cardiovascular effects. Emitting sources’ distribution, landscape characteristics (i.e. infrastructure, topography) and thus the complex mixture of air pollutants and populations’ exposure vary greatly in space and time. This thesis aimed to document social inequalities in exposure to industrial air emissions of pollutants and associations between daily exposure to these pollutants and cardiovascular mortality in vulnerable populations living near these sources. Thus, using an ecological design, we analyzed Pearson’s correlations between deprivation level (using four indicators) of 2,189 primary and secondary Quebec schools and their exposure to industrial emissions in a radius of 2.5 to 7.5 km. Our results suggest inequalities in exposure to industrial air emissions at school in children. These associations were not consistent among all four indicators of deprivation. Besides, using a case-crossover design, we evaluated the associations between exposure to industrial air pollutants using both emission exposure estimates and sensor levels and deaths from cardiovascular diseases in the elderly living near industrial sources (<7.5 km). We found no convincing evidence of association. Our results varied greatly which could be caused by the limits of our study related to estimating exposure. Further studies using improved exposure estimates are necessary to support our findings.