Sujet de thèse – Des capteurs ‘low-cost’ pour cartographier l’impact de la pollution de l’air sur la santé dans la métropole de Toulouse
La pollution de l’air est l’une des causes les plus importantes de mortalité dans le monde car elle favorise les maladies cardiovasculaires (particules fines, PM2.5 et dioxyde d’azote (NO2)) et pulmonaires (PM, NO2 et ozone (O3)). Les études de l’impact de la pollution de l’air sur la santé reposent en général sur des observations incomplètes ou des modèles imparfaits. Les sites de surveillance de la qualité de l’air (QA) sont trop peu nombreux pour représenter la complexité des distributions des polluants dans les grandes agglomérations. Toulouse ne possède par exemple que trois stations qui mesurent conjointement l’O3, le NO2 et les PM2.5. Les quelques études qui reposent sur des observations à partir de plateformes embarquées (piéton, vélo ou voiture) ne considèrent que les PM2.5 avec des compteurs de particules (OPC) low-cost et ne peuvent donc pas prendre en compte les effets des oxydants gazeux (Ox=O3+NO2). Finalement, les modèles utilisés pour la surveillance et la prévision de la QA sont des modèles de dispersion avec une chimie simplifiée qui ne sont principalement contraints que par les observations réglementaires aux quelques stations de QA.
Depuis le début des années 2000 des capteurs low-cost industriels de gaz trace ont été améliorés pour descendre à des niveaux de détection et de précision qui les qualifient pour mesurer la pollution urbaine. Les mesures de ces capteurs sont néanmoins dépendantes des conditions atmosphériques et il est donc nécessaire de les calibrer avec des données de référence. La non-linéarité des dépendances exigent en outre d’utiliser des méthodes complexes de calibration basées sur le machine learning. Le LAERO a développé l’instrument multi-capteur MICROMEGAS (NO, NO2, CO, O3 et PM) et les procédures de calibration robustes associées pour obtenir des données qualifiées pour répondre aux enjeux de la QA. Cet instrument a été déployé à deux reprises à Fairbanks en Alaska pour documenter la composition de la couche limite et les épisodes de pollution aigus fréquents dans cette ville en hiver. Ce projet de thèse repose sur cette instrumentation embarquée innovante avec comme objectif final de caractériser l’impact de la pollution atmosphérique gazeuse et particulaire sur la santé à l’échelle infra-urbaine dans la ville de Toulouse.
Pour atteindre cet objectif, deux étapes intermédiaire devront être franchies avec les objectifs suivants. Le premier objectif est de caractériser les zones urbaines selon leurs niveaux de pollution et leur variabilité temporelle (de l’échelle diurne à saisonnière) à l’aide d’observations systématiques obtenues à bord de plateformes mobiles (vélo, voiture, drone). Le deuxième objectif porte sur la localisation des source d’émission en utilisant leur signature chimique (relations traceur-traceur) et l’identification des régimes chimiques en analysant les relations entre NOₓ et O₃ en fonction des conditions météorologiques. Finalement, le croisement entre des données haute résolution (modèles de dispersion, mesures in situ) et des indicateurs cliniques et épidémiologiques permettra de quantifier les liens entre exposition aux polluants (particules, NO₂, O₃) et leurs effets sur la santé (respiratoires, cardiovasculaires), en tenant compte des variations spatio-temporelles et des populations concernées.
Ces objectifs seront atteints grâce à une méthodologie en 5 volets : calibration/validation des capteurs low-cost, campagnes de mesures mobiles systématiques, analyse des sources de pollution, fusion de données et évaluation des impacts sanitaires.
In fine les résultats pourront servir à orienter les politiques de santé publique et cibler les actions de réduction des émissions dans les zones les plus critiques. A l’issue de cette thèse, la méthodologie appliquée à Toulouse pourra être adaptée à d’autres villes françaises et étrangères. Cela est particulièrement vrai pour les pays du sud pour lesquels les observations de QA manquent cruellement.
Contact au LAERO : Brice Barret
Plus d’informations sur le site ADUM
